特開 2022-164263 センサー用光導波路およびセンシングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022164263

(43)【公開日】2022-10-27

(54)【発明の名称】センサー用光導波路およびセンシングシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20221020BHJP

   G01D 5/26 20060101ALI20221020BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20221020BHJP

【ＦＩ】

G02B6/122

G01D5/26 J

G02B6/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021069647

(22)【出願日】2021-04-16

(71)【出願人】

【識別番号】000002141

【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】寺田 信介

(72)【発明者】

【氏名】河口 竜巳

(72)【発明者】

【氏名】藤原 誠

【テーマコード（参考）】

2F103

2H137

2H147

【Ｆターム（参考）】

2F103CA06

2F103CA07

2F103EB02

2F103EB06

2F103EC07

2F103EC08

2H137AA14

2H137AB11

2H137BA02

2H137BA55

2H137BB02

2H137BC32

2H147AA02

2H147AB04

2H147BA09

2H147BA11

2H147CA01

2H147CA08

2H147CA17

2H147CB01

2H147CB03

2H147EA16A

2H147EA16B

(57)【要約】

【課題】被着体の機械的変化を検出するセンシングシステムであって、センシング結果の確認が容易なセンシングシステム、および、かかるセンシングシステムを実現可能なセンサー用光導波路を提供すること。
【解決手段】本発明のセンサー用光導波路は、被着体に取り付けられるセンサー用光導波路であって、入射光を伝搬させ、伝搬させた前記入射光を出射光として出射させるとともに、機械的変化を受けたとき前記入射光を漏れ光として漏出させる光伝搬部を備え、前記出射光の色と前記漏れ光の色とが異なっていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被着体に取り付けられるセンサー用光導波路であって、
入射光を伝搬させ、伝搬させた前記入射光を出射光として出射させるとともに、機械的変化を受けたとき前記入射光を漏れ光として漏出させる光伝搬部を備え、
前記出射光の色と前記漏れ光の色とが異なっていることを特徴とするセンサー用光導波路。

【請求項2】

前記光伝搬部は、
前記入射光が伝搬するコア部と、
前記コア部に設けられ、前記コア部を伝搬させた前記入射光の色を変更し、前記出射光として出射させる第１色変更部と、
を有する請求項１に記載のセンサー用光導波路。

【請求項3】

前記第１色変更部は、波長バンドパスフィルターの機能を有する請求項２に記載のセンサー用光導波路。

【請求項4】

前記第１色変更部は、波長変換の機能を有する請求項２または３に記載のセンサー用光導波路。

【請求項5】

前記第１色変更部は、樹脂硬化体またはシート体である請求項２ないし４のいずれか１項に記載のセンサー用光導波路。

【請求項6】

前記光伝搬部は、
前記入射光が伝搬する長尺状のコア部と、
前記コア部の側方に設けられ、前記コア部から漏出する前記入射光の色を変更し、前記漏れ光として出射させる第２色変更部と、
を有する請求項１に記載のセンサー用光導波路。

【請求項7】

前記第２色変更部は、波長バンドパスフィルターの機能を有する請求項６に記載のセンサー用光導波路。

【請求項8】

前記第２色変更部は、波長変換の機能を有する請求項６または７に記載のセンサー用光導波路。

【請求項9】

前記第２色変更部の弾性率は、前記コア部の弾性率より高い請求項６ないし８のいずれか１項に記載のセンサー用光導波路。

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれか１項に記載のセンサー用光導波路と、
前記センサー用光導波路に向けて光を射出する発光素子と、
を備えることを特徴とするセンシングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサー用光導波路およびセンシングシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、監視対象物の変位や変形を光により監視する光ファイバーセンサーが開示されている。この光ファイバーセンサーは、一対の連結部材と、各連結部材に設けられた光ファイバー保持部と、光ファイバー保持部で保持された光ファイバーと、光ファイバーに接続された光パルス試験器と、を備えている。

【0003】

この光ファイバーセンサーでは、正常時、フレネル反射光や損失増大は観測されない。しかし、何らかの異常により、連結部材間に相対変位が発生すると、光ファイバー保持部が変形し、光ファイバーに変形や破断が生じる。光ファイバーに変形や破断が生じると、フレネル反射光や損失増大が観測される。このような反射光や損失増大を光パルス試験器によって検出することにより、監視対象物の異常を捉える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－９９７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の光ファイバーセンサーでは、光パルス試験器から試験光を光ファイバーに入射させ、戻り光を光パルス試験器によって観測する。しかしながら、光パルス試験器は、高価かつ大型であるため、設置が容易ではない。また、観測結果を確認するためには、光パルス試験器を監視者の手元に用意する必要があり、監視者の配置が制約される。

【0006】

本発明の目的は、被着体の機械的変化を検出するセンシングシステムであって、センシング結果の確認が容易なセンシングシステム、および、かかるセンシングシステムを実現可能なセンサー用光導波路を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

このような目的は、下記（１）～（１０）の本発明により達成される。
（１） 被着体に取り付けられるセンサー用光導波路であって、
入射光を伝搬させ、伝搬させた前記入射光を出射光として出射させるとともに、機械的変化を受けたとき前記入射光を漏れ光として漏出させる光伝搬部を備え、
前記出射光の色と前記漏れ光の色とが異なっていることを特徴とするセンサー用光導波路。

【0008】

（２） 前記光伝搬部は、
前記入射光が伝搬するコア部と、
前記コア部に設けられ、前記コア部を伝搬させた前記入射光の色を変更し、前記出射光として出射させる第１色変更部と、
を有する上記（１）に記載のセンサー用光導波路。

【0009】

（３） 前記第１色変更部は、波長バンドパスフィルターの機能を有する上記（２）に記載のセンサー用光導波路。

【0010】

（４） 前記第１色変更部は、波長変換の機能を有する上記（２）または（３）に記載のセンサー用光導波路。

【0011】

（５） 前記第１色変更部は、樹脂硬化体またはシート体である上記（２）ないし（４）のいずれかに記載のセンサー用光導波路。

【0012】

（６）前記光伝搬部は、
前記入射光が伝搬する長尺状のコア部と、
前記コア部の側方に設けられ、前記コア部から漏出する前記入射光の色を変更し、前記漏れ光として出射させる第２色変更部と、
を有する上記（１）に記載のセンサー用光導波路。

【0013】

（７） 前記第２色変更部は、波長バンドパスフィルターの機能を有する上記（６）に記載のセンサー用光導波路。

【0014】

（８） 前記第２色変更部は、波長変換の機能を有する上記（６）または（７）に記載のセンサー用光導波路。

【0015】

（９） 前記第２色変更部の弾性率は、前記コア部の弾性率より高い上記（６）ないし（８）のいずれかに記載のセンサー用光導波路。

【0016】

（１０） 上記（１）ないし（９）のいずれかに記載のセンサー用光導波路と、
前記センサー用光導波路に向けて光を射出する発光素子と、
を備えることを特徴とするセンシングシステム。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、被着体の機械的変化を検出するセンシングシステムであって、センシング結果の確認が容易なセンシングシステムが得られる。

【0018】

また、本発明によれば、前記センシングシステムを実現可能なセンサー用光導波路が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係るセンサー用光導波路を用いたセンシングシステムの概略を示す斜視図である。

【図2】図１に示すセンシングシステムの断面図である。

【図3】図２に示すセンシングシステムの動作を説明する断面図である。

【図4】図２に示すセンサー用光導波路の部分拡大斜視図である。

【図5】図３に示す第１色変更部とは別の機能を有する第１色変更部を備えたセンシングシステムについて、その動作を説明する断面図である。

【図6】第２実施形態に係るセンサー用光導波路を用いたセンシングシステムの動作を説明する断面図である。

【図7】図６に示す導光部にミラーを設けたセンシングシステムについて、その動作を説明する断面図である。

【図8】図６に示す第２色変更部とは別の機能を有する第２色変更部を備えたセンシングシステムについて、その動作を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明のセンサー用光導波路およびセンシングシステムについて添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0021】

１．第１実施形態
１．１．センシングシステム
まず、第１実施形態に係るセンサー用光導波路１を用いたセンシングシステム１００について説明する。

【0022】

図１は、第１実施形態に係るセンサー用光導波路１を用いたセンシングシステム１００の概略を示す斜視図である。図２は、図１に示すセンシングシステム１００の断面図である。図３は、図２に示すセンシングシステム１００の動作を説明する断面図である。

【0023】

なお、各図では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定し、矢印で示している。また、矢印の先端側を「プラス側」といい、基端側を「マイナス側」という。さらに、Ｚ軸を表す矢印の先端側を「上」といい、基端側を「下」という。

【0024】

図１に示すセンシングシステム１００は、センサー用光導波路１を備える。図１に示すセンサー用光導波路１は、導光部１０（光伝搬部）と、第１色変更部５と、を有する。

【0025】

センサー用光導波路１は、図１および図２に示すように、被着体９に取り付けられた状態で使用される。「取り付ける」とは、センサー用光導波路１のうち、少なくとも導光部１０が、被着体９に密着している状態をいう。密着とは、外力を受けて被着体９に押し付けられている状態や、接着力により被着体９に接着している状態等を指す。

【0026】

本実施形態では、図２に示すように、センサー用光導波路１が接着層２を介して被着体９に接着されている。これにより、被着体９の機械的変化を、センサー用光導波路１を介して検出するセンシングシステム１００が実現される。具体的には、このセンシングシステム１００では、被着体９にセンサー用光導波路１を貼り付けた状態で、図３に示すように、センサー用光導波路１が有する導光部１０に対して入射光Ｌ１を連続的または断続的に入射する。入射光Ｌ１は、導光部１０を伝搬する。そして、センサー用光導波路１を伝搬した入射光Ｌ１は、出射端１０１から出射する。

【0027】

図１および図２に示す第１色変更部５は、出射端１０１を覆うように設けられている。第１色変更部５は、出射端１０１から出射する入射光Ｌ１の色を変更する。そして、入射光Ｌ１とは異なる色の出射光Ｌ２が生成され、第１色変更部５から出射する。したがって、被着体９が通常の状態にあるとき、センシングシステム１００では、導光部１０に入射光Ｌ１を入射すると、第１色変更部５を介して、入射光Ｌ１とは異なる色を呈する出射光Ｌ２が出射する。センシングシステム１００の動作状況を監視する監視者が、この出射光Ｌ２の色を視認した場合には、被着体９が通常の状態にあることを認識することができる。したがって、監視者は、少なくとも導光部１０に機械的変化を及ぼすような異常が被着体９に発生していないことを、出射光Ｌ２の色を介して認識することができる。

【0028】

一方、導光部１０に入射光Ｌ１を入射している状態で、被着体９の表面に機械的変化、例えば図３に示す亀裂９１が発生した場合について説明する。なお、被着体９の表面の機械的変化は、亀裂９１に限定されず、伸びや段差、せん断等であってもよい。被着体９の表面に亀裂９１が生じると、その影響がセンサー用光導波路１にも及ぶため、センサー用光導波路１の一部にも機械的変化が生じる。その結果、センサー用光導波路１が有する導光部１０には、例えば、図３に示すような破断面８が生じる。導光部１０に生じる機械的変化も、破断面８に限定されず、伸びや縮み、曲げ、ねじれ等であってもよい。

【0029】

導光部１０に破断面８が生じると、入射光Ｌ１は破断面８で反射する。入射光Ｌ１は様々な方向に反射するが、その一部は、図３に示す漏れ光Ｌ３として被着体９とは反対側に漏出する。本実施形態では、漏れ光Ｌ３の色と入射光Ｌ１の色とが同じであるため、漏れ光Ｌ３の色と出射光Ｌ２の色とが異なっている。したがって、センシングシステム１００の監視者が、この漏れ光Ｌ３の色を視認した場合には、被着体９が通常の状態にはないことを認識することができる。

【0030】

センシングシステム１００は、図２に示すように、発光素子７１を備える。
発光素子７１は、電源７２に接続されている。電源７２から供給された電力により、発光素子７１が入射光Ｌ１を出力する。発光素子７１としては、例えば、発光ダイオード、電球、半導体レーザー等が挙げられる。

【0031】

電源７２には、商用電源の他、一次電池や二次電池のようなバッテリー、太陽電池、各種発電機等が用いられてもよい。バッテリー、太陽電池、発電機等を用いることで、センシングシステム１００を設置する場所の自由度を高めることができる。

【0032】

また、図２に示すセンシングシステム１００は、光ファイバー３を備える。
光ファイバー３は、センサー用光導波路１と発光素子７１とを光学的に接続している。光ファイバー３としては、例えば、ガラス製光ファイバー、プラスチック製光ファイバー等が挙げられる。なお、光ファイバー３は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。つまり、センサー用光導波路１と発光素子７１とが直接接続されていてもよい。

【0033】

なお、発光素子７１として、太陽光や室内光等の外光を採光する採光器が用いられてもよい。採光器は、例えば、前述した光ファイバー３に接続された集光レンズを備える。集光レンズは、外光を集光し、光ファイバー３を介してセンサー用光導波路１に外光を入射する。発光素子７１として採光器を用いた場合、電源７２を省略してもよい。

【0034】

１．２．センサー用光導波路
次に、第１実施形態に係るセンサー用光導波路について説明する。
図４は、図２に示すセンサー用光導波路１の部分拡大斜視図である。

【0035】

１．２．１．導光部
センサー用光導波路１が有する導光部１０は、図４に示すように、下方から、第１カバー層１８、クラッド層１１、コア層１３、クラッド層１２、および第２カバー層１９がこの順で積層されてなる積層体を備える。導光部１０の各層は、Ｘ－Ｙ面と平行に広がっている。コア層１３中には、図４に示すように、Ｙ軸に沿って延在する長尺状のコア部１４と、Ｘ軸に沿ってコア部１４の側面に隣接する側面クラッド部１５と、が形成されている。なお、図１では、第１カバー層１８および第２カバー層１９の図示を省略している。

【0036】

なお、導光部１０の構造は、図４に示す構造に限定されない。例えば、Ｙ－Ｚ面による導光部１０の断面形状は、図４に示す長方形に限定されず、正方形、平行四辺形のような長方形以外の四角形であってもよいし、三角形、六角形のような多角形であってもよいし、真円、楕円、長円のような円形であってもよいし、その他の形状であってもよい。ただし、導光部１０の断面形状が四角形や多角形であれば、例えば第１カバー層１８の下面を取り付け面とした場合、被着体９に対して導光部１０を安定的に取り付けることができる。

【0037】

導光部１０は、例えば、図２に示すように、第１カバー層１８の下面を接着面１０９として、被着体９に接着するように用いられる。図２に示す接着面１０９と被着体９との間には、接着層２が介在する。これにより、導光部１０を被着体９に容易に固定することができる。

【0038】

コア部１４は、図４に示すように、その側面に側面クラッド部１５が隣接し、上下面にクラッド層１１、１２が隣接している。そして、コア部１４の屈折率は、側面クラッド部１５やクラッド層１１、１２の屈折率よりも高くなっている。これにより、コア部１４に光を閉じ込めて伝搬させることができる。

【0039】

コア層１３において、コア部１４の光路に直交する面内における屈折率分布は、いかなる分布であってもよく、例えば屈折率が不連続的に変化した、いわゆるステップインデックス（ＳＩ）型の分布であってもよく、屈折率が連続的に変化した、いわゆるグレーデッドインデックス（ＧＩ）型の分布であってもよい。

【0040】

Ｙ－Ｚ面によるコア部１４の断面形状は、特に限定されないが、例えば、真円、楕円形、長円形等の円形、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形、その他の形状が挙げられる。

【0041】

コア層１３の平均厚さは、特に限定されないが、１～２００μｍ程度であるのが好ましく、５～１００μｍ程度であるのがより好ましく、１０～７０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、コア部１４に必要とされる光学的特性および機械的強度が確保される。

【0042】

コア層１３の構成材料（主材料）としては、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ＰＥＴやＰＢＴのようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料等が挙げられる。なお、樹脂材料には、異なる組成のものを組み合わせた複合材料も用いられる。また、本明細書において「主材料」とは、構成材料の５０質量％以上を占める材料のことをいい、好ましくは７０質量％以上を占める材料のことをいう。

【0043】

クラッド層１１、１２の平均厚さは、それぞれ１～２００μｍ程度であるのが好ましく、３～１００μｍ程度であるのがより好ましく、５～６０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、クラッド層１１、１２に必要とされる光学的特性および機械的強度が確保される。

【0044】

また、クラッド層１１、１２の主材料は、例えば、前述したコア層１３の構成材料として挙げた材料から適宜選択して用いられる。

【0045】

なお、クラッド層１１、１２は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。このとき、例えばコア層１３が外気（空気）に曝されていれば、その外気がクラッド層１１、１２として機能する。

【0046】

本実施形態に係る導光部１０は、コア層１３と第１カバー層１８との間に設けられているクラッド層１１と、コア層１３と第２カバー層１９との間に設けられているクラッド層１２と、を有しているので、コア部１４とその外部との間で、安定した屈折率差を形成し、維持することができる。このため、コア部１４の伝送効率をより高めることができる。なお、クラッド層１１、１２のいずれか一方または双方は、側面クラッド部１５と一体になっていてもよい。

【0047】

第１カバー層１８は、クラッド層１１の下面に設けられている。第２カバー層１９は、クラッド層１２の上面に設けられている。このような第１カバー層１８および第２カバー層１９を設けることにより、コア層１３やクラッド層１１、１２を保護し、外部環境等に起因したコア部１４の伝送効率の低下を抑制することができる。

【0048】

第１カバー層１８および第２カバー層１９の平均厚さは、特に限定されないが、１～２００μｍ程度であるのが好ましく、３～１００μｍ程度であるのがより好ましく、５～５０μｍ程度であるのがさらに好ましい。

【0049】

第１カバー層１８および第２カバー層１９は、互いに同じ構成であっても互いに異なる構成であってもよい。例えば、第１カバー層１８および第２カバー層１９は、平均厚さが互いに同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。第１カバー層１８および第２カバー層１９の少なくとも一方は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。

【0050】

第１カバー層１８および第２カバー層１９の主材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂を含む材料が挙げられる。

【0051】

第１カバー層１８の弾性率は、コア部１４の弾性率より高いことが好ましい。同様に、第２カバー層１９の弾性率は、コア部１４の弾性率より高いことが好ましい。これにより、コア部１４を外力や外部環境から保護することができる。各部の弾性率とは、例えば、各部の主材料のヤング率である。

【0052】

なお、第１カバー層１８および第２カバー層１９の構成材料には、必要に応じて、フィラー、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、保存安定剤、可塑剤、滑剤、劣化防止剤、帯電防止剤等が添加されていてもよい。このうち、フィラーを添加することにより、第１カバー層１８および第２カバー層１９の熱膨張係数を調整することができる。

【0053】

１．２．２．接着層
図２に示す導光部１０と被着体９との間には、接着層２が設けられている。接着層２は、あらかじめ導光部１０側に設けられているのが好ましい。すなわち、センサー用光導波路１は、接着面１０９に設けられた未硬化の接着層２を備えていてもよい。これにより、導光部１０を被着体９に貼り付ける作業を効率よく行うことができる。

【0054】

接着層２を構成する接着剤としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤の他、ポリエステル系、変性オレフィン系の各種ホットメルト接着剤等が挙げられる。

【0055】

未硬化の接着層２は、液状であっても、固形または半固形であってもよく、硬化反応が一部進行している状態であってもよい。また、接着層２を構成する接着剤が硬化性材料を含む場合の硬化原理は、熱硬化であっても、光硬化であってもよい。さらに、未硬化の接着層２は、接着面１０９全体に設けられていてもよいし、一部のみに設けられていてもよい。硬化後の接着層２の厚さは、特に限定されないが、１～１００μｍであるのが好ましく、５～６０μｍであるのがより好ましい。

【0056】

なお、接着層２に代えて、または、接着層２と併用して、図２の導光部１０の上方から導光部１０を被着体９に押さえつける粘着シートや接着シートを用いるようにしてもよい。

【0057】

１．２．３．第１色変更部
第１色変更部５は、前述したように、導光部１０の出射端１０１に設けられている。第１色変更部５は、出射端１０１から出射する入射光Ｌ１の色を変更する。入射光Ｌ１の色とは、監視者が視認する光の色を指し、第１色変更部５は、入射光Ｌ１の色を変更し、出射光Ｌ２を生成する。

【0058】

監視者が出射光Ｌ２の色を視認することができれば、出射端１０１まで入射光Ｌ１が到達していることを直感的に認識することができる。つまり、発光素子７１や導光部１０が健全であり、被着体９の異常を検出する準備ができていることを、出射光Ｌ２の色を通じて直感的に把握することができる。

【0059】

第１色変更部５が光の色を変更する原理としては、例えば、様々な色を含む入射光Ｌ１から特定波長の光を選択的に透過させる方法（バンドパス）、入射光Ｌ１の波長を異なる波長に変換する方法（波長変換）等が挙げられる。

【0060】

このうち、図３に示す第１色変更部５は、カラーフィルター５１を有する。カラーフィルター５１は、波長バンドパスフィルターの機能を有する。このような機能を有するカラーフィルター５１は、広い波長域で有意な強度を持つ入射光Ｌ１が導光部１０に入射したとき、バンドパス特性に応じた特定波長の光を選択的に透過させることができる。これにより、入射光Ｌ１とは異なる色の出射光Ｌ２を生成することができる。その結果、出射光Ｌ２を視認した監視者は、入射光Ｌ１とは異なる色を出射光Ｌ２から感じ取ることができる。これにより、監視者は、まず、入射光Ｌ１が意図せず漏れ出るという不具合が発生していないことや、発光素子７１が入射光Ｌ１を出力していることを、直感的に認識することができる。

【0061】

一方、前述したように、被着体９の表面に亀裂９１が発生した場合には、漏れ光Ｌ３が漏出する。図３に示すセンサー用光導波路１の場合、漏れ光Ｌ３の色は、入射光Ｌ１の色と同じである。そうすると、漏れ光Ｌ３の色は、出射光Ｌ２の色と異なる。したがって、被着体９が通常の状態にあるとき、監視者は、出射光Ｌ２の色を視認することによってその状態を認識することができ、被着体９に異常が発生した場合、監視者は、出射光Ｌ２の色とは異なる漏れ光Ｌ３の色を視認することによってその異常の発生を認識することができる。

【0062】

広い波長域で有意な強度を持つ入射光Ｌ１としては、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）という光の三原色のうち、２色以上を含む光が用いられる。そして、入射光Ｌ１には、好ましくは白色光が用いられる。白色光は、特に広い波長域で有意な強度を持つ。このため、入射光Ｌ１として白色光を用いることにより、カラーフィルター５１のバンドパス特性に応じた任意の色の出射光Ｌ２を生成することができる。これにより、図３に示す第１色変更部５は、光の色が監視者に与える感情を利用して、誤認識を生じさせにくい出射光Ｌ２を生成することができる。例えば、カラーフィルター５１が、緑色や青色またはそれらの間の色の光を選択的に透過させるバンドパス特性を有していれば、緑色や青色またはそれらの間の色を呈する出射光Ｌ２を生成することができる。このような出射光Ｌ２は、被着体９に異常が発生していないことを、監視者に直感的に認識させやすい。

【0063】

なお、赤色の光とは、ピーク波長が６１０～７５０ｎｍの範囲内にある光のことをいう。緑色の光とは、ピーク波長が５００～５６０ｎｍの範囲内にある光のことをいう。青色の光とは、ピーク波長が４３５～４８０ｎｍの範囲内にある光のことをいう。

【0064】

また、白色光を出力する発光素子７１としては、例えば白色発光ダイオード等が挙げられる。また、太陽光や室内光も、通常、白色光である。

【0065】

なお、漏れ光Ｌ３の色は、入射光Ｌ１の色と同じである必要はなく、例えば、クラッド層１２や第２カバー層１９が呈する色に応じて、入射光Ｌ１の色とは異なる色に変化していてもよい。

【0066】

カラーフィルター５１は、カラーレジストの硬化体（着色樹脂硬化体）であってもよいし、カラーレジストのシート体であってもよいし、透明基板とその上に設けられたカラーレジストの塗膜との積層体であってもよい。カラーフィルター５１、すなわち第１色変更部５がこのような部材であれば、カラーフィルター５１を単体で取り扱うことができる。このため、カラーフィルター５１を導光部１０に設ける作業を容易に行うことができる。具体的には、カラーフィルター５１が樹脂硬化体であれば、硬化前の着色樹脂に導光部１０を接触させ、その後、着色樹脂を硬化または固化させることにより、カラーフィルター５１を容易に設けることができる。また、カラーフィルター５１がシート体や積層体であれば、接着剤や接着シートを用いて、導光部１０に簡単に接着することができる。なお、カラーレジストとは、染料や顔料等の色材を含む樹脂材料のことをいう。

【0067】

図５は、図３に示す第１色変更部５とは別の機能を有する第１色変更部５を備えたセンシングシステム１００について、その動作を説明する断面図である。

【0068】

図５に示す第１色変更部５は、カラーフィルター５１と、波長変換層５２と、を有する。波長変換層５２は、カラーフィルター５１よりも導光部１０側に配置され、波長変換の機能を有する。このような機能を有する波長変換層５２は、入射光Ｌ１が導光部１０に入射したとき、入射光Ｌ１の波長を別の波長に変換する。これにより、入射光Ｌ１とは異なる色の出射光Ｌ２を生成することができる。その結果、出射光Ｌ２を視認した監視者は、入射光Ｌ１とは異なる色を出射光Ｌ２から感じ取ることができる。

【0069】

なお、波長変換層５２の構成材料によっては、波長変換効率が低い場合がある。このような場合、波長変換層５２から出力される光は、波長変換後の光と、波長変換されなかった光と、が混じり合った状態の光、すなわち中間色の光となる。このため、波長変換層５２から出力される光を視認した監視者は、その光の色が、波長変換された光の色なのか、それとも、波長変換されなかった光の色なのか、正確に区別することが困難である。波長変換されなかった光の色は、入射光Ｌ１の色と同じであり、特に図５では、漏れ光Ｌ３の色と同じである。したがって、監視者は、センサー用光導波路１から出射光Ｌ２が出射しているのか、漏れ光Ｌ３が漏出しているのか、はっきりと区別することができない。特に、センサー用光導波路１と監視者とが離れている場合、その傾向が顕著である。

【0070】

そこで、図５に示す第１色変更部５は、波長変換層５２で波長変換された光を、さらにカラーフィルター５１に入射させるように構成されている。カラーフィルター５１では、中間色の光が入射すると、バンドパス特性に応じた特定波長の光を選択的に透過させる。したがって、図５に示すカラーフィルター５１のバンドパス特性を、波長変換後の光の波長に合わせることで、カラーフィルター５１は、入射光Ｌ１および漏れ光Ｌ３とは異なる色の出射光Ｌ２を生成することができる。その結果、出射光Ｌ２を視認した監視者は、入射光Ｌ１および漏れ光Ｌ３とは異なる色を出射光Ｌ２から感じ取ることができる。

【0071】

波長変換層５２の構成材料としては、例えば、蛍光色素を含む樹脂材料、光アップコンバージョン材料、光ダウンコンバージョン材料等が挙げられる。

【0072】

波長変換層５２は、これらの材料の硬化体（波長変換樹脂硬化体）であってもよいし、シート体であってもよい。これにより、第１色変更部５を、樹脂硬化体またはシート体にすることができる。その結果、第１色変更部５を容易に設けることができる。

【0073】

なお、波長変換層５２における波長変換効率が十分に高い場合には、カラーフィルター５１を省略してもよい。

【0074】

以上のように、図３および図５に示すセンサー用光導波路１は、被着体９に取り付けられる光導波路であって、光伝搬部である導光部１０を備える。導光部１０は、入射光Ｌ１を伝搬させ、伝搬させた入射光Ｌ１を出射光Ｌ２として出射させるとともに、機械的変化を受けたとき入射光Ｌ１を漏れ光Ｌ３として漏出させる。そして、センサー用光導波路１では、出射光Ｌ２の色と漏れ光Ｌ３の色とが異なっている。

【0075】

このようなセンシングシステム１００では、出射光Ｌ２の色と漏れ光Ｌ３の色とが異なっているため、被着体９に機械的変化（異常）が発生しているか否かというセンシング結果を、出力される光の色を通じて容易に確認することができる。また、このようなセンシングシステム１００では、例えば出射光Ｌ２や漏れ光Ｌ３の強度を検出する検出手段や強度の変化を算出する演算手段等が不要になるとともに、それらの手段の近くに監視者を配置する必要もない。このため、センシングシステム１００では、低コスト化、小型化、軽量化および監視者の自由な配置、を容易に図ることができる。そして、図３および図５に示すセンサー用光導波路１によれば、このようなセンシングシステム１００を実現することができる。

【0076】

また、図３および図５に示す導光部１０（光伝搬部）は、コア部１４と、第１色変更部５と、を有する。コア部１４では、入射光Ｌ１が伝搬する。第１色変更部５は、コア部１４を含む導光部１０の出射端１０１に設けられている。そして、第１色変更部５は、コア部１４を伝搬させた入射光Ｌ１の色を変更し、出射光Ｌ２として出射させる。

【0077】

このような構成によれば、出射光Ｌ２の色を入射光Ｌ１の色と異ならせることにより、出射光Ｌ２の色と漏れ光Ｌ３の色とを異ならせている。出射光Ｌ２の色として、例えば、監視者に正常を想起させやすい青色や緑色を選択することで、監視者は、被着体９に異常が発生していないことを直感的に認識することができる。これにより、誤認識を生じさせにくいセンシングシステム１００を実現することができる。

【0078】

また、センシングシステム１００は、センサー用光導波路１と、発光素子７１と、を備える。発光素子７１は、センサー用光導波路１に向けて光を射出する。

【0079】

このような構成によれば、被着体９の機械的変化に関するセンシング結果の確認が容易なセンシングシステム１００を実現することができる。また、センシングシステム１００では、例えば出射光Ｌ２や漏れ光Ｌ３の強度を検出する検出手段や強度の変化を算出する演算手段等を必要としない。さらに、これらの手段の近くに監視者を配置する必要もない。このため、センシングシステム１００では、低コスト化、小型化、軽量化および監視者の自由な配置、を容易に図ることができる。

【0080】

なお、センシングシステム１００は、必要に応じて、出射光Ｌ２の色と漏れ光Ｌ３の色を区別しつつ検出する検出器を備えていてもよい。このような検出器によれば、漏れ光Ｌ３が発生しているか否かを、機械的に検出することができる。これにより、監視者の負担を軽減するとともに、漏れ光Ｌ３をより確実に特定することができる。検出器には、例えば、カメラ機能を備えた、スマートフォンやタブレット端末、パーソナルコンピューター等を用いることができる。

【0081】

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係るセンサー用光導波路１Ａを用いたセンシングシステム１００について説明する。

【0082】

図６は、第２実施形態に係るセンサー用光導波路１Ａを用いたセンシングシステム１００の動作を説明する断面図である。

【0083】

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、各図において、第１実施形態と同様の構成については、先に説明したのと同じ符号を付している。

【0084】

前述した第１実施形態では、センサー用光導波路１が第１色変更部５を有する。これに対し、本実施形態では、図６ないし図８に示すように、センサー用光導波路１Ａが第２色変更部６を有する。

【0085】

図６に示すセンサー用光導波路１Ａは、下方からクラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２がこの順で積層されてなる導光部１０Ａを有する。また、図６に示すセンサー用光導波路１Ａは、クラッド層１１の下面に設けられた第１カバー層６１と、クラッド層１２の上面に設けられた第２カバー層６２と、を有する。

【0086】

第１カバー層６１は、前述した第１カバー層１８と同様の機能に加え、コア部１４から漏出する入射光Ｌ１の色を変更し、漏れ光Ｌ３を生成する機能を有する。

【0087】

第２カバー層６２は、前述した第２カバー層１９と同様の機能に加え、コア部１４から漏出する入射光Ｌ１の色を変更し、漏れ光Ｌ３を生成する機能を有する。

【0088】

したがって、第１カバー層６１および第２カバー層６２は、それぞれ第２色変更部６である。

【0089】

図６に示す第１カバー層６１（第２色変更部６）は、波長バンドパスフィルターの機能を有する。これにより、広い波長域で有意な強度を持つ入射光Ｌ１が導光部１０Ａに入射し、導光部１０Ａに発生した破断面８に伴って漏れ光Ｌ３が発生するとき、第１カバー層６１は、バンドパス特性に応じた特定波長の光を選択的に透過させることができる。その結果、入射光Ｌ１とは異なる色の漏れ光Ｌ３を生成することができる。これにより、漏れ光Ｌ３を視認した監視者は、入射光Ｌ１とは異なる色を漏れ光Ｌ３から感じ取ることができる。一方、図６に示すセンサー用光導波路１Ａでは、出射光Ｌ２の色と入射光Ｌ１の色とが同じである。したがって、図６に示すセンサー用光導波路１Ａでは、出射光Ｌ２とは異なる色の漏れ光Ｌ３を生成することができる。これにより、漏れ光Ｌ３を視認した監視者は、出射光Ｌ２とは異なる色を漏れ光Ｌ３から感じ取ることができる。その結果、監視者は、被着体９に異常が発生していることを認識することができる。

【0090】

広い波長域で有意な強度を持つ入射光Ｌ１としては、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）という光の三原色のうち、２色以上を含む光が用いられる。そして、入射光Ｌ１には、好ましくは白色光が用いられる。白色光は、特に広い波長域で有意な強度を持つ。このため、入射光Ｌ１として白色光を用いることにより、第１カバー層６１のバンドパス特性に応じた任意の色の漏れ光Ｌ３を生成することができる。これにより、図６に示す第２色変更部６は、光の色が監視者に与える感情を利用して、誤認識を生じさせにくい漏れ光Ｌ３を生成することができる。例えば、第１カバー層６１が、黄色や赤色またはそれらの間の色の光を選択的に透過させるバンドパス特性を有していれば、黄色や赤色またはそれらの間の色を呈する漏れ光Ｌ３を生成することができる。このような漏れ光Ｌ３は、被着体９に異常が発生していることを、監視者に直感的に認識させやすい。なお、黄色の光とは、ピーク波長が５６０～６１０ｎｍの範囲内にある光のことをいう。

【0091】

一方、入射光Ｌ１には、緑色や青色またはそれらの間の色の光を用いるようにしてもよい。これにより、緑色や青色またはそれらの間の色を呈する出射光Ｌ２を生成することができる。このような出射光Ｌ２は、被着体９に異常が発生していないことを、監視者に直感的に認識させやすい。

【0092】

なお、第２カバー層６２も、上述した第１カバー層６１と同様の作用を有する。
また、出射光Ｌ２の色は、入射光Ｌ１の色と同じである必要はなく、入射光Ｌ１と異なる色であってもよい。

【0093】

第１カバー層６１（第２色変更部６）および第２カバー層６２（第２色変更部６）の弾性率は、それぞれ、コア部１４の弾性率より高いことが好ましい。これにより、コア部１４を外力や外部環境から保護することができる。各部の弾性率とは、例えば、各部の主材料のヤング率である。また、破断面８が第１カバー層６１に及びにくくなり、第１カバー層６１の機能が維持される。

【0094】

ヤング率の測定は、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７１２７：１９９９（ＡＳＴＭ Ｄ８８２）に規定された引張特性の試験方法に準拠して行うことができる。また、測定は、平均厚さ２５μｍの試験片について２５℃で行う。

【0095】

第１カバー層６１の弾性率とコア部１４の弾性率との差、および、第２カバー層６２の弾性率とコア部１４の弾性率との差は、それぞれ１００ＭＰａ以上であるのが好ましく、２００ＭＰａ以上であるのがより好ましい。

【0096】

また、第１カバー層６１の弾性率および第２カバー層６２の弾性率は、それぞれ、３０００～１２０００ＭＰａ程度であるのが好ましく、４０００～１１０００ＭＰａ程度であるのがより好ましい。

【0097】

図７は、図６に示す導光部１０Ａにミラー１６を設けたセンシングシステム１００について、その動作を説明する断面図である。

【0098】

図７に示すセンサー用光導波路１Ａは、導光部１０Ａに設けられた空洞部１６０を有する。空洞部１６０は、空洞であるため、その内面のうち、コア層１３を横断する面は、導光部１０Ａを伝搬する入射光Ｌ１を反射するミラー１６となる。したがって、前述した図６に示すセンサー用光導波路１Ａでは、Ｙ軸マイナス側に向かって出射光Ｌ２が放出されるのに対し、図７に示すセンサー用光導波路１Ａでは、Ｚ軸プラス側に向かって出射光Ｌ２が放出される。これにより、出射光Ｌ２の視認性をより高めることができる。

【0099】

また、図７に示すセンサー用光導波路１Ａでは、第２カバー層６２のうち、出射光Ｌ２の進行方向と重なる部分に開口部６５が設けられている。この開口部６５を経て出射光Ｌ２が放出されることにより、第２カバー層６２によって出射光Ｌ２の色が意図せず変化するのを防止することができる。

【0100】

図８は、図６に示す第２色変更部６とは別の機能を有する第２色変更部６を備えたセンシングシステム１００について、その動作を説明する断面図である。

【0101】

図８に示す第２色変更部６は、導光部１０Ａの上面に設けられ、カラーフィルター６３と、波長変換層６４と、を有する。波長変換層６４は、カラーフィルター６３よりも導光部１０Ａ側に配置され、波長変換の機能を有する。これにより、入射光Ｌ１が導光部１０Ａに入射し、導光部１０Ａに発生した破断面８に伴って漏れ光Ｌ３が発生するとき、波長変換層６４は、入射光Ｌ１の波長を別の波長に変換する。これにより、入射光Ｌ１とは異なる色の漏れ光Ｌ３を生成することができる。その結果、漏れ光Ｌ３を視認した監視者は、出射光Ｌ２とは異なる色を漏れ光Ｌ３から感じ取ることができる。

【0102】

なお、波長変換層６４の構成材料によっては、波長変換効率が低い場合がある。このような場合、波長変換層６４から出力される光は、波長変換後の光に、波長変換されなかった光が混じり合った状態の光、すなわち中間色の光となる。このため、中間色の光を視認した監視者は、中間色の光の色が、波長変換された光の色なのか、それとも、波長変換されなかった光の色なのか、正確に区別することが困難である。波長変換されなかった光の色は、入射光Ｌ１の色と同じであり、特に図８では、出射光Ｌ２の色と同じである。したがって、監視者は、センサー用光導波路１から出射光Ｌ２が出射しているのか、漏れ光Ｌ３が漏出しているのか、はっきりと区別することができない。特に、センサー用光導波路１と監視者とが離れている場合、その傾向が顕著である。

【0103】

そこで、図８に示す第２色変更部６は、波長変換層６４で波長変換された光を、さらにカラーフィルター６３に入射させるように構成されている。カラーフィルター６３では、中間色の光が入射すると、バンドパス特性に応じた特定波長の光を選択的に透過させる。したがって、図８に示すカラーフィルター６３のバンドパス特性を、波長変換後の光の波長に合わせることで、カラーフィルター６３は、入射光Ｌ１および出射光Ｌ２とは異なる色の漏れ光Ｌ３を生成することができる。その結果、漏れ光Ｌ３を視認した監視者は、入射光Ｌ１および出射光Ｌ２とは異なる色を漏れ光Ｌ３から感じ取ることができる。

【0104】

波長変換層６４の構成材料としては、例えば、蛍光色素を含む樹脂材料、光アップコンバージョン材料、光ダウンコンバージョン材料等が挙げられる。

【0105】

図８に示すセンシングシステム１００では、入射光Ｌ１に、緑色や青色またはそれらの間の色の光を用いるのが好ましい。これにより、緑色や青色またはそれらの間の色を呈する出射光Ｌ２を生成することができる。また、これらの色を呈する入射光Ｌ１から、波長変換により、黄色または赤色の漏れ光Ｌ３を生成するのは、波長変換効率が比較的高い。これにより、被着体９に異常が発生していないことを監視者に直感的に認識させやすい出射光Ｌ２と、被着体９に異常が発生していることを監視者に直感的に認識させやすい漏れ光Ｌ３の双方を、効率よく得ることができる。

【0106】

波長変換層６４は、これらの材料の硬化体（波長変換樹脂硬化体）であってもよいし、シート体であってもよい。これにより、第２色変更部６を、樹脂硬化体またはシート体にすることができる。その結果、第２色変更部６を容易に設けることができる。

【0107】

以上のように、図６ないし図８に示すセンサー用光導波路１Ａが有する導光部１０Ａ（光伝搬部）は、コア部１４と、第２色変更部６と、を有する。コア部１４は、長尺状をなし、入射光Ｌ１を伝搬させる。第２色変更部６は、コア部１４の側方、具体的には、導光部１０Ａの上面および下面に設けられ、コア部１４から漏出する入射光Ｌ１の色を変更し、漏れ光Ｌ３として出射させる。

【0108】

このような構成によれば、漏れ光Ｌ３の色を入射光Ｌ１の色と異ならせることにより、漏れ光Ｌ３の色と出射光Ｌ２の色とを異ならせている。漏れ光Ｌ３の色として、例えば、監視者に異常を想起させやすい黄色や赤色を選択することで、監視者は、被着体９に異常が発生していることを直感的に認識することができる。これにより、誤認識を生じさせにくいセンシングシステム１００を実現することができる。

【0109】

以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0110】

以上、本発明のセンサー用光導波路およびセンシングシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0111】

例えば、本発明のセンサー用光導波路およびセンシングシステムは、前記実施形態の各部が同様の機能を有する任意の構成のものに置換されたものであってもよく、前記実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよい。

【0112】

また、本発明のセンサー用光導波路は、接着層を覆う保護層をさらに有していてもよい。この保護層は、センサー用光導波路を被着体に接着する作業の直前に接着層から剥がされることにより、清浄な接着面を容易に準備することを可能にする。これにより、異物の巻き込みを抑えることができ、より密着性の高い接着を行うことができる。

【符号の説明】

【0113】

１ センサー用光導波路
１Ａ センサー用光導波路
２ 接着層
３ 光ファイバー
５ 第１色変更部
６ 第２色変更部
８ 破断面
９ 被着体
１０ 導光部
１０Ａ 導光部
１１ クラッド層
１２ クラッド層
１３ コア層
１４ コア部
１５ 側面クラッド部
１６ ミラー
１８ 第１カバー層
１９ 第２カバー層
５１ カラーフィルター
５２ 波長変換層
６１ 第１カバー層
６２ 第２カバー層
６３ カラーフィルター
６４ 波長変換層
６５ 開口部
７１ 発光素子
７２ 電源
９１ 亀裂
１００ センシングシステム
１０１ 出射端
１０９ 接着面
１６０ 空洞部
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ 出射光
Ｌ３ 漏れ光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】