光导传感器、形成光导传感器的方法

摘要

光导传感器具备光源、将从光源照射的光导光的芯、形成在该芯的周围的包覆层、形成有至少1个检测部的光导部件、和接收在该光导部件中被导光并经过了检测部的光的受光部；检测部具有在光导部件的外周至少将包覆层的一部分除去且剩余使来自芯的光不透射的厚度而形成的第1开口部；以及上述在第1开口部的范围内形成的使从芯透射光的第2开口部。提供形成这样的形态的光导传感器的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及根据光量的变化来检测弯曲的光导传感器及形成光导传感 器的方法。

背景技术

通常，作为对具有挠性的被检体的弯曲及扭转进行检测的设备而已知 有光导传感器。光导传感器例如是光纤传感器，具有光源、至少具有对光 进行导光的芯(core)及包覆层(clad)的光纤、以及受光部。

例如，在专利文献1中公开了一种挠性内窥镜装置，其具备作为具有 多个弯曲检测部(光特性变换部)的光纤传感器的弯曲检测用光纤(检测 用光导部件)。这些光特性变换部是作为露出芯的微小缺损部的光吸收部或 导光损失部等。检测用光导部件配置在沿内窥镜插入部的长度方向延伸的 一个柔性的带状部件的表面上的规定位置。此时，多个弯曲检测部在带状 部件的长度方向上以规定的间隔配置，并且相同的多个弯曲检测部在宽度 方向上排列设置。

形成于检测用光导部件的光特性变换部具有如下功能，即：根据被检 体、例如具有挠性的内窥镜的插入部挠性管的弯曲及扭转的方向和程度， 使光损失。即，根据在长度方向上至少配置有一个的光特性变换部中的光 传递量的变化，检测弯曲的方向和程度。进而，在发生了扭转的情况下， 根据连续设置的不同的多个光特性变换部，光传递量发生差异，根据该光 传递量的差异来检测扭转的方向和程度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4005318号公报

发明概要

发明要解决的课题

根据上述专利文献1，为了知道被检体的弯曲及扭转的方向和程度而利 用光导传感器。由于上述光导传感器的直径细，所以在弯曲检测部的形成 过程中，需要低能量下的精密加工。已知的是：形成光导部件的挠性部件 在弯曲时在横截面中具有不伸缩的中立面。

此外，已知的是：在弯曲时，挠性部件中，越是由与中立面水平的面 形成且距中立面有距离的截面则变形越大。即，在圆周方向上芯的露出少 则由弯曲及扭转带来的相对的光损失量增加，所以导光传感器的精度提高。

因而，弯曲检测部为了正确地掌握光导部件的弯曲及扭转的方向和形 状，希望有在长度方向上被细微加工得细长的开口部。

作为这样对细径的光导部件的表面实施用于形成长度方向的细长的孔 的细微加工的各种加工方法，例如已知激光加工、热处理加工及机械加工 等，但是，通过这些加工方法对细径的光导部件加工所希望的细长形状的 有底孔并不容易。

发明内容

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一个技术方案的光导传感器，具备：光 源；对从光源照射的光进行导光的芯；形成在芯的周围的包覆层；形成有 至少1个检测部的光导部件；以及对在光导部件中被导光并经过了检测部 的光进行接收的受光部；检测部具有：在光导部件的外周至少将包覆层的 一部分除去且剩余使来自芯的光不透射的厚度而形成的第1开口部；以及 在上述第1开口部的范围内形成的使从芯透射光的第2开口部。

进而，在上述的一个技术方案中，提供一种光导传感器及形成这样的 光导传感器的方法，该光导传感器的结构适合于在细径的有挠性的光导部 件的表面形成足够细长的检测部，并且该光导传感器具有足够细长的作为 开口部的检测部。

本发明起到的效果是：能够提供一种光导传感器及形成这样的光导传 感器的方法，该光导传感器的结构适合于在细径的有挠性的光导部件的表 面形成足够细长的检测部，并且该光导传感器由于具有足够细长的作为开 口部的检测部，能够以足够的检测精度检测被检体的弯曲及扭转的方向和 形状。

附图说明

图1是第1实施方式的光导传感器的概要图。

图2是第1实施方式的光导传感器的检测部的横剖视图。

图3是检测部的俯视图。

图4A是向光量的变换量多的方向弯曲的情况下的光导传感器的动作 的概要图。

图4B是作为光量的变换量的基准的直线状体的光导传感器的动作的 概要图。

图4C是向光量的变换量少的方向弯曲的情况下的光导传感器的动作 的概要图。

图5是第1实施方式的第3变形例的光导传感器的检测部的横剖视图。

图6是第2实施方式的光导传感器的检测部的横剖视图。

图7是第2实施方式的第1变形例的光导传感器的检测部的纵剖视图。

图8是第2实施方式的第3变形例的光导传感器的检测部的纵剖视图。

图9是第2实施方式的第4变形例的光导传感器的检测部的横剖视图。

图10是第2实施方式的第5变形例的光导传感器的检测部的横剖视图。

图11是第2实施方式的第6变形例的光导传感器的检测部的横剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地说明。

[第1实施方式]

光导传感器1例如通过沿着作为长条且具有挠性的部件的被检体而与 被检体一体地安装，从而检测该被检体的弯曲状态及弯曲方向。此外，在 向被检体安装光导传感器1时，通过将被检体的弯曲部分与光导传感器1 对位，从而将检测部60设置在被检体的适当的位置。以下，将安装光导传 感器1的物品等称作被检体。此外，所谓适当的位置，是适合于检测被检 体的弯曲状态及/或弯曲方向的位置，即，是如设计那样或如指定那样的位 置。以下称作指定位置。

如图1所示，第1实施方式的光导传感器1具有：将光射出的光源10； 具有细长的形状，对从光源10射出的光进行导光的光导部件30；以及接收 被导光来的光的受光部件20。

光源10例如是发光二极管(LED)或激光光源。

光导部件30在结合部35向三方分叉，分别延伸而形成Y形状，由检 测用光导部件31、光供给用光导部件32、受光用光导部件33、以及在检测 用光导部件31的顶端设置的将被导光来的光反射的反射部34构成。这里， 光导部件30例如是光纤，如图2所示，由芯101和将芯101的外周覆盖的 包覆层102构成，进而也可以在最外部具有覆盖部103。另外，芯101例如 由与包覆层102及/或覆盖部103相比、对热及机械性的外力的强度更高的 部件形成。进而，在本实施方式中，光导部件1例如也可以不是光纤而是 板(slab)型波导。

光供给用光导部件32是光导部件30的光导入路径，将从设在端部的 光源10射出的光向结合部35导光。结合部35是将2条光导部件连接于1 条光导部件而形成的。结合部35具有的功能是：将从光供给用光导部件32 入射的大部分光向检测用光导部件31导光，将由反射部34反射的光的至 少一部分向受光用光导部件33导光。

检测用光导31追随被检体的柔性的动作，且在顶端具有将光反射的端 面(反射部34)而使光往复。即，将经过了结合部35的来自光供给用光导 32的光导光到反射部34，将由该反射部34反射后的反射光导光以使其返 回到结合部35。

受光用光导33是光导部件30的光导出路径，将由反射部34反射并在 结合部35分叉的反射光向设在端部的受光部20导光。

检测用光导31具有至少1个检测部60。

如图2所示，检测部60具有：从检测用光导31的外周至少将包覆层 102的一部分去除而得到的作为第1开口部的薄膜部111；露出了形成在薄 膜部111的范围内的芯101的作为第2开口部的开口部112；以及配置于薄 膜部111及开口部112的光特性变换部件113。另外，检测部60中，即使 芯101不露出，只要在光导中通过的光到达开口部112就可以。以下，在 薄膜部111及开口部112中，将距芯101较近的表面称作底面。

薄膜部111是仿照芯101的表面、以所希望的能量被切削加工出的槽 (孔)。这里，所谓所希望的能量，例如是在一次加工中芯101不受损伤的 力。

此外，所谓加工，是激光、热、加压、蚀刻及机械加工等。这里，在 激光加工中，光导部件30调整激光的输出，仅将包覆层102及覆盖部103 除去。在热加工中，光导部件30通过利用芯101、包覆层102及覆盖部103 的耐热性的差异、或者调整热量，通过加热而仅将包覆层102的一部分及 覆盖部103除去。在加压加工中，光导部件30利用芯101、包覆层102的 一部分及覆盖部103的强度的差异、或者调整压力，通过加压而仅将包覆 层102及覆盖部103除去。在蚀刻加工中，光导部件30选择仅将包覆层102 及覆盖部件103蚀刻的材料或化学药品等，仅将包覆层102的一部分及覆 盖部件103除去。

薄膜部111以将即使弯曲、导光量也几乎不变化的包覆层厚度剩余的 方式，仅将覆盖部件103及包覆层102的一部分除去，形成为深度D1。另 外，薄膜部111也可以在径向上不是由1级而是由多个级形成。

开口部112是在薄膜部111中以所希望的能量形成为深度D2、且形成 为使芯101的外周面露出的有底孔。如图3所示，开口部112具有规定的 细长的形状。所谓规定的细长的形状，是适合于对光导部件30的弯曲的方 向及形状进行检测的、相对于光导部件30而言具有较窄的宽度的有底孔。 例如，开口部112的宽度W2相对于薄膜部111的宽度W1而言较窄地形 成。

这里，薄膜部111和开口部112有高低差。所谓高低差，例如是在薄 膜部111和开口部112具有台架的阶差，或者是从薄膜部111到开口部112 平滑地倾斜的形状。

优选的是，为了可靠地配置光特性变换部件113，开口部112形成为， 开口部112的深度D2比宽度W2小。另外，开口部112也可以在径向上由 多个层形成。

光特性变换部件113具有对被导光来的光的特性进行变换的功能。光 特性变换部件113例如是导光损失部件或波长变换部件等。例如，如果是 导光损失部件，则是光吸收体，如果是波长变换部件，则可以举出荧光体 等。在本实施方式中，将光特性变换部件作为导光损失部件处理。光特性 变换部件113至少配置在开口部112，也可以进一步达到薄膜部111。光特 性变换部件113具有能够可靠地配置于具有细长形状的开口部112的粘性。

在光导传感器1中，检测部60对外周部使用周知的加工方法，以使最 初由芯101导光的光不会露出的方式进行变形，例如热变形、压迫或切削 等，形成作为凹状的槽的薄膜部111。接着，在薄膜部111的范围内，以按 照光导传感器1的长度方向而开设出在芯101中导光的光可漏出的细长孔 的方式来调整切削量，形成开口部112。

最后，为了对从芯101漏出的光的特性进行变换，光特性变换部件113 至少配置于开口部112的一部分。另外，光特性变换部件113只要配置为 不从光导传感器1的外周部露出，则也可以超过薄膜部111而形成。

从光源10照射的光经过光供给用光导部件32、结合部35及检测用光 导部件31而被导光，被反射部34反射。被反射部34反射后的反射光作为 检测光而在结合部35分支，在受光用光导部件33中导光而到达受光部20。 受光部20将接收的检测光进行光电变换，输出表示光量的电信号。

在本实施方式中，在光导部件30内导光的光在入射到光特性变换部件 113的情况下，发生损失。该导光损失量如图4A、图4B及图4C所示，根 据检测用光导部件31的弯曲及扭转的方向和弯曲量而变化。

如图4B所示，即使检测用光导部件31是直线状的状态，根据开口部 112的宽度W2，在光特性变换部件113中也会损失一定程度的光量。在以 该光的损失量为基准的情况下，例如如图4A所示，如果光特性变换部件 113配置在弯曲的检测用光导部件31的弯曲方向的外周面上，则发生比在 图4B中作为基准的导光损失量多的导光损失量。相反，如果光特性变换部 件113配置在弯曲的检测用光导部件31的弯曲方向的内周面上，则发生比 在图4B中作为基准的导光损失量少的导光损失量。此时，由于开口部112 的宽度W2形成得较窄，所以即使对检测用光导部件31施加了弯曲及/或扭 转，反应的方向也受限。

该导光损失量的变化反映到由受光部20接收的检测光量中。即，反映 到受光部20的输出信号中。因而，根据受光部20的输出信号，能够检测 光导传感器的、即被检体的设有光特性变换部件113的位置上的弯曲方向 及弯曲量(角度)。此外，由于在来自芯的光不透射的薄膜部111的范围内 形成的开口部112的宽度W2形成得较窄，所以在弯曲时，光导传感器1 能够相对于作为基准的导光量而得到较大的导光量的变化。

薄膜部111由于以包覆层102充分变薄的深度D1而形成，所以能够以 低的能量进行加工，而且加工方法的选择项多，能够容易地形成宽度为W2 的窄的开口部112。

根据本实施方式，光导传感器1由于像这样将开口部112的宽度W2 形成得较窄，所以检测用光导部件31对于弯曲及/或扭转进行反应的方向 受限，所以能够进行高精度的检测。

此外，薄膜部111及开口部112的设置位置由于具有高低差，所以容 易与周围进行区别，能够将检测部60作为光特性变换部件113的设置位置 的标记。

另外，在检测部60中，薄膜部111及开口部112的深度D1、D2和宽 度W1、W2分别能够适当地在形成时进行设定而成形。例如，薄膜部111 的深度D1能够形成得比开口部112的深度D2深。即，对于薄膜部111而 言，能够形成为以使芯不露出的方式将包覆层102的大部分除去的深度。 该情况下，包覆层102的厚度相对于周围的覆盖部件103及/或包覆层102 的厚度而言充分变薄。因而，能够以低能量的加工形成开口部112。

此外，对于薄膜部111的宽度W1而言，也能够通过低能量的加工， 形成为比薄膜部111及开口部112的深度D1、D2之和宽的宽度。

在此情况下，首先，通过低能量的加工，将薄膜部111的宽度W1形 成得相对于检测用光导部件31的外周而言较宽，以使宽度W1比薄膜部111 及开口部112的深度D1、D2之和的深度大，接着，将开口部112的W2 形成得比薄膜部111的宽度W1窄。此时，由于薄膜部111的宽度W1宽， 所以能够减轻与薄膜部111的区域内的开口部112的加工相关联的微妙的 能量调整的负担，开口部112的形成变得容易。

在此情况下，优选的是，首先，通过低能量的加工，将薄膜部111形 成得相对于检测用光导部件31的外周而言较宽，接着，以低能量的加工， 进一步在薄膜部111的区域内阶段性地形成宽度窄的孔。重复这些加工工 序，最终形成开口部112。该形成方法由于是低能量下的加工，所以能够将 开口部112的形状精细地形成。例如，开口部112的形状形成为宽度W2 充分窄的细长形状。

对第1实施方式的变形例进行说明。

第1实施方式的变形例的光导传感器1，与第1实施方式的光导传感器 1是大致同样的，不同点在于：对光特性变换部件113涂敷有保护材料114。

如图5所示，本实施方式的变形例的检测部60，对薄膜部111涂敷有 用来保护光特性变换部件113及检测用光导部件31的保护材料114。

根据本实施方式的变形例，由于薄膜部111的宽度形成得宽，所以能 够容易地配置保护材料114。此外，由于涂敷有保护材料，所以能够防止光 特性变换部件113及检测用光导部件31的劣化。

[第2实施方式]

本实施方式的光导传感器1，与上述第1实施方式的传感器构造大致是 同样的，但检测部60的构造等不同。

本实施方式的芯101例如由对光或热的耐受性高的材料形成。

本实施方式的包覆层102及覆盖部103例如由树脂材料构成。

如图6所示，本实施方式的检测部60形成为，在薄膜部111及/或开口 部112的各端部、例如4个端部具有突出部120。突出部120例如是在激光 加工或热加工时形成在端部的隆起，或者是在机械加工时形成的溢料(バ リ)等。

本实施方式的薄膜部111的侧面是突出部120的一部分且平滑地形成。 例如，薄膜部111通过激光等光或热将包覆层102及覆盖部103除去而形 成。

突出部120例如是在形成薄膜部111时被除去的树脂材料在各端部冷 却、固化而形成的平滑的形状。另外，突出部120也可以是具有角的形状。

芯101由于对热的耐受性较强，所以当在薄膜部111形成开口部112 时，通过调整施加的热量，仅将包覆层除去。此外，突出部120防止当对 薄膜部111配置光特性变换部件113或保护材料114时光特性变换部件113 或保护部件114露出。

根据本实施方式，通过调整热量，能够仅将覆盖部103及包覆层102 的一部分容易地除去。此外，由于形成有突出部120，所以容易判别检测部 60的设置位置。因而，检测部60被设置到被检体的适当的位置。进而，当 通过突出部120而检测部60接触到被检体时，由于进行接触的不是光特性 变换部件113而是突出部120，所以能够防止光特性变换部件113磨损。此 外，由于突出部120成为隔堤，所以容易将光特性变换部件113或保护部 件114配置于薄膜部111。

接着，对第2实施方式的第1变形例进行说明。

第2实施方式的第1变形例的光导传感器1，是与第2实施方式的光导 传感器1大致同等的结构，但检测部60形成得向长度方向沿长。因而，对 于相同的部件赋予相同的附图标记而省略其详细的说明。

如图7所示，第2实施方式的第1变形例的检测部60，在光导部件1 的外周部沿着长度方向形成。

第2变形例的检测部60沿被检体的适当的位置而设置。此外，开口部 112能够维持宽度不变而将面积形成得较大。

在第2变形例中，检测部60能够在维持对被检体的弯曲的检测精度的 状态下调整导光损失量。

对第2实施方式的第2变形例进行说明。

第2变形例的光导传感器1，是与第2实施方式的变形例1的光导传感 器1大致相同的结构，但规定了检测部60的长度方向的形状。

第2变形例的检测部60形成为宽度在长度方向上固定、或者宽度在长 度方向的端部不是非常宽的形状。该检测部60由于以大致均匀的宽度沿长 度方向形成，所以根据弯曲及/或扭转的程度而由光特性变换部件113损失 的量可靠地发生差异，因此对被检体的弯曲的检测精度提高。

对第2实施方式的第3变形例进行说明。

第3变形例的光导传感器1，是与第2实施方式的变形例1的光导传感 器1大致同样的结构，但规定了开口部112的长度。因而，对于相同的部 件赋予相同的附图标记而省略其详细的说明。

如图8所示，本实施方式的开口部112在长度方向上形成得比薄膜部 111短。在第3变形例中，由于开口部112能够对照于预先形成的薄膜部 111的长度方向的长度而正确地形成，所以能够将开口部112形成长度大致 均匀的多个开口部112。因此，在多个检测部60设置于检测用光导部件31 的情况下，各检测部60的检测精度维持固定。

对第2实施方式的第4变形例进行说明。

在第4变形例中，检测用光导光纤31的与光轴垂直的截面将区域分割 为4个，将各区域规定为第1象限14a、第2象限14b、第3象限14c、第 4象限14d。

在第4变形例中，光导传感器1是与第2实施方式的变形例1的导光 传感器1大致相同的结构，但规定了开口部112的开口角度。因而，对于 相同的部件赋予相同的附图标记而省略其详细的说明。

如图9所示，本实施方式的开口部112形成为，以检测用光导光纤31 的中心为原点而开口的宽度的角度即开口角度2θ不到90°。在邻接区域中 分别设置有开口部112的情况下，设置成：在两区域中设置的开口部112 不重合。开口部112设置在至少1个象限中。例如，开口部112设置在第1 象限14a中。

在第4变形例中，通过规定开口角度2θ，能够均匀地形成开口部112 的宽度。为此，能够使光导传感器1的检测精度不依赖于加工方法及工序 而均匀化。此外，在4个区域中分别设置有各1个开口部112的情况下， 能够检测被检体的4方向的弯曲。通过改变设置在各区域中的开口部112 的开口角度2θ，能够容易地判别被检体的弯曲方向。另外，在第4变形例 中，也可以在各象限中形成不重合的开口角度的多个开口部112。

对第2实施方式的第5变形例进行说明。

第5变形例的光导传感器1，是与第2实施方式的第4变形例的光导传 感器1大致相同的结构，但是开口部112的开口角度θ形成得比薄膜部111 的开口角度α小。因而，对于相同的部件赋予相同的附图标记而省略其详 细的说明。

如图10所示，第5变形例的开口部112形成为，使薄膜部111的开口 的宽度的角度即开口角度α比开口角度θ小。

在第5变形例中，开口部112的开口部θ形成得比薄膜部111的开口 角度α小，所以能够容易地形成针对被检体的弯曲的规定的检测精度的开 口部112。

对第2实施方式的第6变形例进行说明。

第6变形例的光导传感器1，与第2实施方式的光导传感器1大致相同， 但是薄膜部111形成为多层。因而，对于相同的部件赋予相同的附图标记 而省略其详细的说明。

如图11所示，本实施方式的检测部60具有多个薄膜部111和多个突 出部120。例如，检测部60具有多个薄膜部111a、111b和多个突出部120a、 120b。

薄膜部111a通过较低的能量形成。例如，薄膜部111a被用较小的热量 进行热处理加工而形成。此时，在端部形成突出部120a。薄膜部111b形成 在薄膜部111a的范围内，同样在端部形成突出部120b。开口部112形成在 薄膜部111b的范围内。此时，薄膜部111a形成为深度D1，薄膜部111b 形成为深度D2，开口部112形成为深度D3。

在检测用光导部件31与被检体接触的情况下，突出部120a被用作检 测部60的保护部件。在将光特性变换部件向开口部112进行配置时，突出 部120b被用作导引部。

在第5变形例中，多个突出部120a、120b例如防止光特性变换部件113 或保护部件露出。此外，在多个突出部120a、120b形成于不同的部分的情 况下，由于在开口部112的端部存在突出部120b，所以能够容易地将光特 性变换部件113向开口部112进行配置。此外，能够防止检测部60直接接 触被检体。

另外，在上述的实施方式中，检测部60也可以设置有多个。

进而，在上述的实施方式中，作为一例而说明了如下构成例，但不限 于此，该结构例是：具有光纤结合部，在端面(反射部)使光反射，使导 入和导出在1个光纤(检测用光纤部)内往复。例如当然也能够容易地应 用于具有设在光纤的一端部的光源、将来自光源的射出光导光的光纤、和 设在与光源相反侧的光纤的另一端部的受光部、并将它们配置为直线状的 透射导光式的光纤传感器等。

附图标记说明

1光导传感器；10光源；14a第1象限；14b第2象限；14c第3象 限；14d第4象限；20受光部；30光导部件；31检测用光导部件；32光 供给用光导部件；33受光用光导部件；34反射部；35结合部；60检测 部；101芯；102包覆层；103覆盖部；111、111a、111b薄膜部；112开 口部；113光特性变换部件；114保护材料；120、120a、120b突出部；θ 开口部的开口角度；α薄膜部的开口角度；D1薄膜部的深度；D2开口 部的深度；W1薄膜部的宽度；W2薄膜部的宽度。