DE3313420A1

DE3313420A1 - Bundle of optical fibres

Info

Publication number: DE3313420A1
Application number: DE19833313420
Authority: DE
Inventors: Tosaku Kojima; Kunio Matsumoto; Yoshihisa Yokohama Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1984-10-25

Abstract

A bundle of optical fibres in which the optical fibres, which are provided in each case with a covering layer, are stacked in layers in a closely packed hexagonal structure, and in which the ratio of a radius of the core of each optical fibre to a radius of the optical fibre including the covering layer is in the range from 0.55 to 0.65.

Description

Beschreibung description

Bündel optischer Fasern Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bündel optischer Fasern, die als optische Meßfühler zum Messen der Verschiebung einer Kante eines Körpers, welcher die Form einer Platte oder eines Bandes aufweist, und der Breite des Körpers oder zum Erfassen eines Bildes des Körpers benutzt werden. Bundle of Optical Fibers The present invention relates to a bundle optical fibers used as optical probes for measuring the displacement of an edge a body which has the shape of a plate or a tape, and the Width of the body or to capture an image of the body.

Wie in Fig.1 gezeigt ist, werden bei einem konventionellen Verfahren (US-PS 3 089 484) zum Messen der Laufeigenschaft eines Körpers mit einer langen Streifenform wie z.B. einem Magnetband mit hoher Dimensionsgenauigkeit die von einer Lichtquelle 1 ausgesandten Strahlen durch eine Linse 2 in parallele Strahlen verwandelt, welche durch eine einzelne optische Faser 3 zur Erzeugung auffallenden Lichtes hindurchtreten, wobei das auffallende Licht durch eine einzelne optische Faser 4 aufgenommen und durch diese hindurchgeführt wird, um durch ein fotoleitfähiges Element 6 und eine elektrische Schaltung (nicht gezeigt) in eine Spannung umgewandelt zu werden. Hierdurch kann die Verschiebung oder Bewegung eines streifenförmigen Körpers 5, der zwischen den optischen Fasern 3 und 4 angeordnet wird, d.h. in einem öffnungsabschnitt eines solchen Meßfühlers plaziert ist, nachgewiesen werden. In Fig.2a ist die Lichtempfangsfläche der optischen Faser 4 mit einem kreisförmigen Querschnitt und einem Koordinatensystem gezeigt. Der Radius der optischen Faser, die Verschiebung des Körpers 5 am öffnungsteil des Meßfühlers und der Lichtausgang des Meßfühlers entsprechend der Verschiebung werden jeweils mit ROI X und Y beSeichnet. Wenn das auf die optische Faser 4 auftreffende Licht einheitlich ohne Verlust vom fotoleitfähigen Element 6 aufgenommen wird, ist die Lichtleistung bzw. der Lichtausgang Y in einem Verschiebungsbereich von -Rot X = Ro durch die nachfolgende Formel gegeben: Durch Berechnung des oben angegebenen Integrals ergibt sich für den Lichtausgang Y: Wenn daher der Wert des Radius Rg als 1 angenommen wird, wird eine Beziehung zwischen der Verschiegung X und dem Lichtausgang Y, wie in Fig.2b gezeigt ist, erhalten. Aus Fig.2b ist bekannt, daß sich der Lichtausgang nicht linear mit der Verschiebung verändert. Das konventionelle Verfahren weist daher das Problem auf, daß zwischen der Verschiebung eines gemessenen Körpers und dem Lichtausgang des Meßfühlers eine nicht-lineare Beziehung besteht.As shown in Fig. 1, in a conventional method (U.S. Patent 3,089,484) for measuring the runnability of a body having a long stripe shape such as a magnetic tape with high dimensional accuracy, the rays emitted from a light source 1 are passed through a lens 2 in converted into parallel rays which pass through a single optical fiber 3 for generating incident light, the incident light being received by and passed through a single optical fiber 4 to be passed through a photoconductive element 6 and an electrical circuit (not shown) into one Voltage to be converted. In this way, the displacement or movement of a strip-shaped body 5 which is arranged between the optical fibers 3 and 4, ie is placed in an opening section of such a sensor, can be detected. In Figure 2a, the light receiving surface of the optical fiber 4 is shown with a circular cross section and a coordinate system. The radius of the optical fiber, the displacement of the body 5 at the opening part of the measuring sensor and the light output of the measuring sensor corresponding to the displacement are denoted by ROI X and Y, respectively. If the light incident on the optical fiber 4 is absorbed uniformly without loss by the photoconductive element 6, the light output or the light output Y in a shift range of -Rot X = Ro is given by the following formula: By calculating the integral given above, the following results for the light output Y: Therefore, if the value of the radius Rg is assumed to be 1, a relationship between the displacement X and the light output Y as shown in Fig. 2b is obtained. It is known from FIG. 2b that the light output does not change linearly with the displacement. The conventional method therefore has a problem that there is a non-linear relationship between the displacement of a measured body and the light output of the probe.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben genannten Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu beseitigen und ein Bündel von optischen Fasern zu schaffen, mit dem ein Lichtausgang erzeugbar ist, der sich linear mit der Verschiebung eines gemessenen Körpers verändert.The present invention is directed to the above Eliminate deficiencies in the prior art and create a bunch of optical To create fibers with which a light output can be generated that is linear with the displacement of a measured body changes.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß optische Fasern, die jeweils mit einer Überzugsschicht, z.B. einer Metallschicht versehen sind, lagenweise in eng- gepacktem hexagonalen Aufbau geschichtet werden und daß das Verhältnis K von Kernradius zu Außenradius vorzugsweise im Bereich von 0,55 bis 0,65 liegt, gezeigt in Fig.8b, um den Lichtausgang der.optischen Fasern im wesentlichen proportional -zur Verschiebung eines gemessenen Körpers zu machen.This is achieved according to the present invention in that optical Fibers each provided with a coating layer such as a metal layer are, in layers in close layered packed hexagonal structure and that the ratio K of the core radius to the outer radius is preferably in the range from 0.55 to 0.65, shown in Figure 8b, to the light output of the optical fibers essentially proportional to the displacement of a measured body.

Das Kernradiusverhältnis K bedeutet ein Verhältnis eines Kernradius R zu einem Radius Ro einer optischen Faser, welche aus dem Faserkern und der Umhüllungsschicht besteht.The core radius ratio K means a ratio of a core radius R becomes a radius Ro of an optical fiber, which consists of the fiber core and the cladding layer consists.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen: Fig.1 eine schematische Ansicht eines allgemeinen Aufbaus einer konventionellen Vorrichtung zum Nachweis der Verschiebung eines gemessenen Körpers mit Hilfe einer einzelnen optischen Faser, Fig.2a eine Positionsbeziehung in der Vorrichtung gemäß Fig.1 zwischen der Lichtempfangsfläche der optischen Faser und einer Kante des gemessenen Körpers, Fig.2b eine Beziehung in der Vorrichtung gemäß Fig.1 zwischen dem Lichtausgang aus der optischen Faser und der Verschiebung des gemessenen Körpers, Fig.3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Nachweis der Verschiebung eines gemessenen Körpers mit Hilfe eines Bündels von optischen Fasern (z.B.Other advantages, features and uses of the present Invention emerge from the following description of exemplary embodiments in connection with the drawing. 1 shows a schematic view of a general structure of a conventional device for detecting the displacement a measured body with the help of a single optical fiber, Fig.2a a Positional relationship in the device according to Figure 1 between the light receiving surface of the optical fiber and an edge of the measured body, Fig.2b shows a relationship in the device according to Figure 1 between the light output from the optical fiber and the displacement of the measured body, Figure 3 is a schematic view of a Device for detecting the displacement of a measured body with the aid of a Bundle of optical fibers (e.g.

einer Vielfachfaser) gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig.4 eine Positionsbeziehung zwischen der Lichtempfangsfläche einer Vielfachfaser gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Kante eines gemessenen Körpers, Fig.5 Beziehungen zwischen dem Lichtausgang aus einer Vielfachfaser und der Verschiebung eines gemessenen Körpers für verschiedene Werte des Kernradius der optischen Fasern, aus welchen die Vielfachfaser besteht, Fig.6 eine schematische Ansicht zur detaillierten Erläuterung einer Positionsbeziehung zwischen der Lichtempfangsfläche einer Vielfachfaser und einer Kante eines gemessenen Körpers, Fig.7 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen einem Offnungsverhältnis L und einer fundamentalen Fehlerrate £ # Fig.8a und 8b Beziehungen zwischen dem öffnungsverhältnis L und der fundamentalen Fehlerrate £' zur Bestimmung eines optimalen Kernradiusverhältnisses, Fig.9a eine perspektivische Ansicht einer .Ausführungsform eines Bündels optischer Fasern (nämlich einer Vielfachfaser) gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Kante eines gemessenen Körpers, Fig.9b eine graphische Darstellung einer Beziehung in der Anordnung,gezeigt in Fig.9a, zwischen der Verschiebung des gemessenen Körpers und dem Lichtausgang der Ausführungsform, Fig.lOa, 10b und 10c Ansichten zur Erläuterung einer Vorrichtung zum Nachweis der Verschiebung eines gemessenen Körpers mit Hilfe einer anderen Ausführungsform eines Bündels von optischen Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig.10a einen allgemeinen Aufbau der Vorrichtung, in welchem fünf Vielfachfasern jeweils mit einem rechteckigen Querschnitt eng aneinander angrenzen, vier Lichtempfangselemente A, B, C und D mit diesen Vielfachfasern gekoppelt sind und eine Kante des gemessenen Körpers vor den Vielfachfasern plaziert ist, Fig.iOb Beziehungen zwischen der Verschiebung des gemessenen Körpers und dem Lichtausgang, erfaßt durch jedes Lichtempfangselement, und Fig.1Oc die Abhängigkeit einer Differenz zwischen den Ausgängen der Lichtempfangselemente B und A von der Verschiebung des gemessenen Körpers und die Abhängigkeit einer Differenz zwischen den Ausgängen der Lichtempfangselemente D und C von der Verschiebung des gemessenen Körpers zeigen. a multiple fiber) according to the present invention, Fig.4 a Positional relationship between the light receiving surface of a multiple fiber according to FIG present invention and an edge of a measured body, Fig. 5 Relationships between light output from a multiple fiber and displacement a measured body for different values of the core radius of the optical fibers, from which the multiple fiber consists, Fig.6 is a schematic view for the detailed Explanation of a positional relationship between the light receiving surface of a multiple fiber and an edge of a measured body, FIG. 7 is a graphic representation of the Relationships between an opening ratio L and a fundamental error rate £ # Fig.8a and 8b relationships between the opening ratio L and the fundamental Error rate £ 'for determining an optimal core radius ratio, FIG. 9a a perspective view of an embodiment of a bundle of optical fibers (viz a multiple fiber) according to the present invention and an edge of a measured one Body, Figure 9b is a graphical representation of a relationship in the arrangement in Fig.9a, between the displacement of the measured body and the light output the embodiment, Fig.lOa, 10b and 10c views for explaining a device for the detection of the displacement of a measured body with the aid of another embodiment of a bundle of optical fibers according to the present invention, wherein Fig.10a a general structure of the device in which five multiple fibers each closely adjoining each other with a rectangular cross-section, four light receiving elements A, B, C and D are coupled to these multiple fibers and have one edge of the measured Body is placed in front of the multiple fibers, Fig.iOb relationships between the displacement the measured body and the light output detected by each light receiving element, and FIG. 10c shows the dependence of a difference between the outputs of the light receiving elements B and A on the displacement of the measured body and the dependence of a difference between the outputs of the light receiving elements D and C from the displacement of the measured body.

In Fig.3 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines optischen Meßfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Fig.3 sind eine Lichtquelle 1, ein optisches Element 2 zur Umwandlung der von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahlen in parallele Strahlen, nämlich eine Linse, ein gemessener Körper 5, dessen Kantenverschiebung zu messen ist, ein Bündel 7 von optischen Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung, und ein Lichtempfangselement 8 zur Umwandlung des vom Bündel 7 der optischen Fasern geführten Lichtes in ein elektrisches Signal gezeigt.In Figure 3 is a schematic view of an embodiment of a optical probe according to the present invention shown. In Fig.3 are a Light source 1, an optical element 2 for converting the light from the light source 1 emitted light rays in parallel rays, namely a lens, a measured Body 5, the edge displacement of which is to be measured, a bundle 7 of optical fibers according to the present invention, and a light receiving element 8 for conversion of the light guided by the bundle 7 of optical fibers into an electrical signal shown.

Alternativ kann der gemessene Körper 5 mit einem Lichtstrahl einheitlicher Intensität von der Seite des Bündels 7 der optischen Fasern aus bestrahlt werden, so daß vom gemessenen Körper 5 reflektiertes Licht durch das Bündel 7 der optischen Fasern zu dem Lichtempfangselement 8 geführt wird.Alternatively, the measured body 5 can be more uniform with a light beam Intensity are irradiated from the side of the bundle 7 of the optical fibers, so that the measured body 5 reflected light through the beam 7 of the optical Fibers to the light receiving element 8 is guided.

In Fig.4 ist eine Vielfachfaser gezeigt, welche als Bündel 7 optischer Fasern in Fig.3 verwendet wird und welche durch Stapeln optischer Fasern, die jeweils mit einer Umhüllungsschicht versehen sind, lagenweise in einem enggepackten hexagonalen Aufbau gebildet wird. In Fig.4 wird die Verschiebung einer Kante eines gemessenen Körpers an der Lichtempfangsfläche der Vielfachfaser mit X bezeichnet. M ist die Anzahl optischer Fasern, die in einer Reihe angeordnet sind, N ist die Anzahl von Doppelreihen, Rg ist ein Radius jeder optischen Faser und R ist ein Radius jedes Faserkerns.In Figure 4, a multiple fiber is shown, which as a bundle 7 optical Fibers in Fig.3 is used and which are made by stacking optical fibers, respectively are provided with a cladding layer, in layers in a close-packed hexagonal Construction is formed. In Fig.4 the displacement of an edge is measured Body on the light receiving surface of the multiple fiber denoted by X. M is the number optical fibers arranged in a row, N is the number of double rows, Rg is a radius of each optical fiber and R is a radius of each fiber core.

Fig.5 zeigt Beziehungen zwischen der Verschiebung X eines gemessenen Körpers und den Lichtausgang aus einer Vielfachfaser, welche mit Hilfe von Gleichung (2) für verschiedene-Werte des Kernradius R berechnet worden sind für den Fall, in dem sechs die Vielfachfaser bildende optische Fasern schichtweise derart gestapelt sind, daß eine drei optische Fasern aufweisende zweite Reihe auf eine erste Reihe (nämlich eine Bodenreihe) mit drei optischen Fasern aufgebracht ist. Aus Fig.5 geht hervor, daß sich die Beziehung zwischen der Verschiebung X und dem Lichtausgang mit dem Radius R des Faserkerns verändert. Wie aus Fig.5 zu erkennen ist, steigt der Lichtausgang, wenn der Lichteingang konstant gehalten wird, stark mit der Verschiebung X an, wenn der Kernradius R = 1 ist. Der Lichtausgang verändert sich linear mit der Verschiebung X, wenn der Kernradius R = 0,6 ist.Fig.5 shows relationships between the displacement X of a measured Body and the light output from a multiple fiber, which with the help of equation (2) for various values of the core radius R have been calculated for the case in which six optical fibers constituting the multiple fiber are stacked in layers in such a manner are that a three optical fiber second row on top of a first row (namely a floor row) is applied with three optical fibers. From Fig.5 goes show that the relationship between the displacement X and the light output changed with the radius R of the fiber core. As can be seen from Fig.5, increases the light output, if the light input is kept constant, increases greatly with the shift X on when the core radius R = 1. The light output changes linearly with it the displacement X when the core radius R = 0.6.

Eine Fehlerrate E soll als Maß zum Anzeigen der Linearität der Veränderung des Lichtausgangs mit der Verschiebung angesehen werden. Die Fehlerrate g wird durch die nachfolgende Gleichung bestimmt: wobei Yt den Lichtausgang angibt, der erhalten wird, wenn die gesamte Lichtempfangsfläche einer Vielfachfaser mit Licht bestrahlt wird, und ß Y eine Differenz zwischen einem tatsächlichen Lichtausgang Y, der für die Verschiebung X eines gemessenen Körpers erhalten wird, und einem Lichtausgang, der für die Verschiebung X in einem idealen Fall erhalten wird, in welchem der Lichtausgang aus der Vielfachfaser in einem Bereich von 0 bis Yt proportional zur Verschiebung des gemessenen Körpers ansteigt.An error rate E should be viewed as a measure for indicating the linearity of the change in the light output with the shift. The error rate g is determined by the following equation: where Yt indicates the light output obtained when the entire light receiving surface of a multiple fiber is irradiated with light, and β Y a difference between an actual light output Y obtained for the displacement X of a measured body and a light output obtained for the Displacement X is obtained in an ideal case in which the light output from the multiple fiber increases in a range from 0 to Yt in proportion to the displacement of the measured body.

Eine Methode zur Berechniing der Fehlerrate g wird weiter unten im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig.6 erläutert.A method for calculating the error rate g is given below in each explained with reference to Fig.6.

Ein Teil der optischen Fasern, welche aufgestapelt werden, um eine Vielfachfaser zu bilden, ist regelmäßig angeordnet, wie in Fig.6 gezeigt ist. Die Fehlerrate £ der Gesamtheit der Vielfachfaser kann durch Berechnung der fundamentalen Fehlerrate E ' eines gegebenen Paares von optischen Fasern F1 und F2 erhalten werden. Bei der Berechnung dieser fundamentalen Fehlerrate g 1 wird nur ein Bereich vom Mittelpunkt der Faser F1 zum Mittelpunkt der Faser F2 auf der Lichtempfangsfläche der Vielfachfaser betrachtet. Der Mittelpunkt der Faser F1 soll der Ausgangspunkt 0 sein. Ähnlich dem Kernradiusverhältnis K = R/RO wird die Verschiebung X eines gemessenen Körpers an deR öffnungsteil (d.h. an der Lichtempfangsfläche) der Vielfachfaser durch den Radius Rg der optischen Faser dividiert, um in eine dimensionslose GröBe L umgewandelt zu werden, welche durch die nachfolgende Gleichung gegeben ist: Die Größe L wird hiernach als Offnungsverhältnis bezeichnet.A part of the optical fibers which are stacked to form a multiple fiber are regularly arranged as shown in Fig. 6. The error rate ε of the entirety of the multiple fiber can be obtained by calculating the fundamental error rate E 'of a given pair of optical fibers F1 and F2. In calculating this fundamental error rate g 1, only an area from the center of the fiber F1 to the center of the fiber F2 on the light receiving surface of the multiple fiber is considered. The center point of the fiber F1 should be the starting point 0. Similar to the core radius ratio K = R / RO, the displacement X of a measured body at the opening part (i.e. at the light receiving surface) of the multiple fiber is divided by the radius Rg of the optical fiber in order to be converted into a dimensionless quantity L, which is determined by the following equation given is: The size L is hereinafter referred to as the opening ratio.

Das Kernradiusverhältnis K und das öffnungsverhältnis L haben in dem oben erwähnten Bereich jeweils einen Wert kleiner als 1.The core radius ratio K and the opening ratio L have in that The above-mentioned range has a value less than 1 in each case.

Wenn.der -Lichtausgang aus einer optischen Faser proportional zum öffnungsbereich (nämlich dem Lichtempfangsbereich) ist, kann die fundamentale Fehlerrate g ', welche die Linearität der Veränderung des Lichtausgangs mit der Verschiebung anzeigt, derart ausgedrückt werden, daß sie die Linearität der Veränderung des öffnungsbereiches des Faserkerns mit dem Offnungsverhältnis L anzeigt.If the light output from an optical fiber is proportional to the opening area (namely, the light receiving area) can be the fundamental error rate g 'which is the linearity of the change in light output with displacement is expressed as showing the linearity of the change in the opening area of the fiber core with the opening ratio L.

Der gesamte öffnungsbereich St des Faserkerns in dem oben angegebenen Bereich ist durch die nachfolgende Gleichung gegeben: St = # K² (5) Ein idealer Öffnungsbereich Sr des Faserkerns für ein Öffnungsverhältnis L ist gegeben durch Sr = St.L (6) Andererseits ist ein tatsächlicher öffnungsbereich des Faserkerns gegeben durch die Summe derjenigen Flechenbereiche und S2 der optischen Fasern F1 und F2, welche dem einfallenden Licht ausgesetzt sind. Die dem Licht ausgesetzten Flächen S1 und S2 sind durch die nachfolgenden Gleichungen gegeben: wobei 0 # L #K (7) wobei K < L # 1 (8) S2 = 0 wobei 0 # L # 1 - K (9) wobei 1 - K 4 L 1 (10) Unter Verwendung der Gleichungen (5) bis (10) wird die fundamentale Fehlerrate E ' durch die nachfolgende Gleichung berechnet: Die Ergebnisse der obigen Berechnung sind in Fig.7 gezeigt.The total opening area St of the fiber core in the above range is given by the following equation: St = # K² (5) An ideal opening area Sr of the fiber core for an opening ratio L is given by Sr = St.L (6) On the other hand, it is an actual one opening area of the fiber core given by the sum of those patches areas and S2 of the optical fibers F1 and F2 which are exposed to the incident light. The areas S1 and S2 exposed to light are given by the following equations: where 0 # L #K (7) where K <L # 1 (8) S2 = 0 where 0 # L # 1 - K (9) where 1 - K 4 L 1 (10) Using equations (5) through (10), the fundamental error rate E 'is calculated by the following equation: The results of the above calculation are shown in Fig.7.

Die fundamentale Fehlerrate £ ' ist für jeden der verschiedenen Werte des Kernradiusverhältnisses K als Funktion des Offnungsverhältnisses L angegeben. Die fundamentale Fehler rate £ ' soll über den oben erwähnten Bereich so klein wie möglich sein. Es soll nunmehr ein optimaler Wert des Kernradiusverhältnisses K in einem Bereich des öffnungsverhältnisses L von 0 bis 1 bestimmt werden. Aus Fig.8a ergibt sich, daß der optimale Wert des Kernradiusverhältnisses K gleich 0,596 ist. Die fundamentale Fehlerrate , welche dem optimalen Wert von K entspricht, ist ungefähr gleich 0,95 Prozent.The fundamental error rate £ 'is for each of the various values of the core radius ratio K is given as a function of the opening ratio L. The fundamental error rate £ 'should be as small as over the above range to be possible. An optimal value of the core radius ratio K in should now be used a range of the opening ratio L from 0 to 1 can be determined. From Fig. 8a it is found that the optimum value of the core radius ratio K is 0.596. The fundamental error rate, which corresponds to the optimal value of K, is approximate equal to 0.95 percent.

Um die wünschenswerte Linearität zwischen dem Lichtausgang Y und der Verschiebung X zu erzielen, muß die Fehlerrate e' derart festgelegt werden, daß sie vier Spitzen im Verhältnis zum öffnungsverhältnis in einem Bereich von O bis 1,0 aufweist, wie in Fig.8b gezeigt ist, d.h. £ muß auf einen Bereich von 2,7 bis -2,7 Prozent beschränkt werden, wobei das Kernradiusverhältnis K in einem Bereich von 0,55 bis 0,65 gehalten werden muß.To achieve the desirable linearity between the light output Y and the To achieve displacement X, the error rate e 'must be set such that they have four peaks in relation to the aspect ratio in a range from 0 to 1.0, as shown in Figure 8b, i.e. £ must be in the range 2.7 to -2.7 percent, with the core radius ratio K in a range must be kept from 0.55 to 0.65.

Die Fehlerrate £ einer Vielfachfaser, welche durch Aufstapeln optischer Fasern derart erzielt wird, daß N Doppelreihen gebildet werden und M optische Fasern in jeder Reihe angeordnet sind, ist unabhängig von der Anzahl N der Doppelreihen und ist gleich einem M-tel der fundamentalen Fehlerrate £', ', wie durch die nachfolgende Gleichung angegeben wird: Der Lichtausgang der Vielfachfaser steigt an, wenn die Anzahl N der Doppelreihen größer ist.The error rate of a multiple fiber, which is obtained by stacking optical fibers in such a way that N double rows are formed and M optical fibers are arranged in each row, is independent of the number N of double rows and is equal to one M-th of the fundamental error rate ' , 'as given by the equation below: The light output of the multiple fiber increases as the number N of double rows is greater.

Um die Fehlerrate £ kleiner als einen vorbestimmten Wert zu machen, ist es erforderlich, die Anzahl M optischer Fasern, die in jeder Reihe angeordnet sind, groß zu machen.In order to make the error rate £ less than a predetermined value, it is necessary to have M number of optical fibers arranged in each row are to make great.

Wenn die Vielfachfaser jedoch derart ausgebildet ist, daß die fundamentale Fehlerrate a' minimal wird, kann die Anzahl M optischer Fasern in jeder Reihe klein gemacht werden.However, if the multiple fiber is formed such that the fundamental If the error rate a 'becomes minimum, the number M of optical fibers in each row may be small be made.

In Fig.9a ist eine Ausführungsform einer Vielfachfaser gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche auf der Grundlage des oben erwähnten Prinzips geformt ist. Licht von einem Beleuchtungsteil (nicht gezeigt) fällt auf eine rechteckige Lichtempfangsfläche eines Bündels 10 von optischen Fasern, die in einer Vielfachfaser 11 enthalten sind, und wird dann durch ein Lichtempfangselement 12 in eine Spannung verwandelt. Das Bündel 10 von optischen Fasern wird gebildet durch schichtweises Stapeln optischer Fasern, die jeweils mit einer Umhüllungsschicht, z.B. Metallschicht, versehen sind. Vorzugsweise ist das Verhältnis des Kernradius R zum Radius Rg einer jeden optischen Faser gleich 0,596. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl M der optischen Fasern, die in jeder Reihe angeordnet sind, gleich 10, um die Fehlerrate £ gleich oder kleiner als0,1Prozent zu machen. In Fig.9b ist eine Beziehung zwischen der Verschiebung X eines gemessenen Körpers, der vor der rechteckigen Lichtempfangsfläche angeordnet ist, und dem Lichtausgang der vorliegenden Ausführungsform gezeigt. Das Lichtempfangselement 12 kann ein Fototransistor, eine Fotodiode, ein Multiplier oder ein anderes Element sein, soweit sie eine vorbestimmte Leistungsfähigkeit aufweisen.In Fig.9a is an embodiment of a multiple fiber according to the present Invention shown, which is formed on the basis of the above-mentioned principle is. Light from a lighting part (not shown) falls on a rectangular one Light receiving surface of a bundle 10 of optical fibers arranged in a multiple fiber 11 are included, and is then converted into a voltage by a light receiving element 12 transformed. The bundle 10 of optical fibers is formed by layering Stacking optical fibers, each with a cladding layer, e.g. a metal layer, are provided. Preferably, the ratio of the core radius R to the radius Rg is one each optical fiber is equal to 0.596. In the present embodiment, is the number M of optical fibers arranged in each row is 10, to make the error rate £ equal to or less than 0.1 percent. In Fig.9b is a Relationship between the displacement X of a measured body that is in front of the rectangular Light receiving surface is arranged, and the light output of the present embodiment shown. The light receiving element 12 may be a phototransistor, a photodiode Multiplier or some other element, insofar as it has a predetermined capacity exhibit.

Zusätzlich zu der in den Fig.9a und 9b gezeigten Ausführungsform kann eine andere Ausführungsform, gezeigt in den Fig.10a, 10b und 10c in günstiger Weise benutzt werden.In addition to the embodiment shown in FIGS. 9a and 9b, another embodiment, shown in Figures 10a, 10b and 10c in a favorable manner to be used.

Wie in Fig.10a gezeigt ist, ist eine Vielfachfaser 16 mit fünf rechteckigen Lichtempfangsflächen Ol , 0 Q2 O2 und z mit vier Lichtempfangselementen A, B, C und D gekoppelt. Jede Lichtempfangsfläche besteht aus einer Vielzahl von optischen Fasern 14, um den Lichtausgang, der jeder Lichtempfangsfläche entspricht, proportional zu der Verschiebung eines gemessenen Körpers 5, wie in Fig.10b gezeigt ist, zu machen. Die Lichtempfangselemente A und B werden zum Nachweis der Verschiebung des gemessenen Körpers verwendet und die Elemente C und D werden zur Bestimmung eines Bereichs des Verschiebungsnachweises verwendet. Licht, das auf die Lichtempfangsflächen Q2 und O fällt, welche periphere Teile einer Endfläche der Vielfachfaser 16 belegen, wird durch das Element A und Licht, das auf die Lichtempfangsfläche 4) , welche einen mittleren Teil der Endfläche belegt, wird durch das Element B erfaßt bzw.As shown in Fig.10a, a multiple fiber 16 with five is rectangular Light receiving surfaces Ol, 0 Q2 O2 and z with four light receiving elements A, B, C and D coupled. Each light receiving surface consists of a large number of optical ones Fibers 14, proportional to the light output corresponding to each light receiving surface to make the displacement of a measured body 5 as shown in Fig. 10b. The light receiving elements A and B are used to detect the displacement of the measured Body is used and the elements C and D are used to determine an area of the proof of displacement is used. Light incident on the light receiving surfaces Q2 and O falls which occupy peripheral parts of an end face of the multiple fiber 16, is through the element A and light incident on the light receiving surface 4) which occupies a central part of the end face, is detected by element B or

nachgewiesen. Eine Differenz zwischen dem Ausgang des Elementes A und demjenigen des Elementes B wird mit Hilfe eines Differenzverstärkers (nicht gezeigt) nachgewiesen und zur Bestimmung des Mittelpunktes (des Nullpunktes) einer VerschiebungLichtausgang-Kurve benutzt. Die oben erwähnte Differenz wird in Fig.10c als B-A gekennzeichnet.proven. A difference between the output of element A. and that of the element B with the help of a differential amplifier (not shown) and to determine the center point (the zero point) a Shift light exit curve used. The above mentioned difference is shown in Fig.10c marked as B-A.

Eine Differenz zwischen dem Ausgang des Elementes C und demjenigen des Elementes D wird mit Hilfe eines anderen Differenzverstärkers (nicht gezeigt) nachgewiesen und verwendet, um zu beurteilen, ob eine Kante des gemessenen Körpers 5 anwesend ist oder nicht in einem Bereich zwischen den Lichtempfangsflächen entsprechend den Elementen C und D. Diese Differenz wird in Fig.10c mit D-C bezeichnet. Wenn die Kante des Körpers 5 in dem oben erwähnten Bereich vorhanden ist, kann die Verschiebung des Körpers 5 unter Verwendung einer charakteristischen Kurve B-A, gezeigt in Fig.10c, erfaßt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es erforderlich, daß die Anzahl der optischen Fasern, welche in den Lichtempfangsflächen 0 und O enthalten sind, gleich der Anzahl der optischen Fasern in der Lichtempfangsfläche ist.A difference between the output of element C and that of the element D with the help of another differential amplifier (not shown) detected and used to assess whether there is an edge of the measured body 5 is present or not in an area between the light receiving surfaces accordingly elements C and D. This difference is denoted by D-C in FIG. 10c. if the edge of the body 5 is present in the above-mentioned area, the displacement can of the body 5 using a characteristic curve B-A shown in Fig. 10c, can be detected. In the present embodiment, it is necessary that the The number of optical fibers contained in the light receiving surfaces 0 and O is equal to the number of optical fibers in the light receiving surface.

Wie im Vorhergehenden erläutert worden-ist, hat eine Vielfachfaser gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Auflösung und kann daher die Verschiebung eines gemessenen Körpers mit Genauigkeiten besser als O,5m nachweisen, ohne in Kontakt mit dem gemessenen Körper zu kommen.As explained above, has a multiple fiber according to the present invention has a high resolution and can therefore reduce the displacement of a measured body with accuracies better than 0.5m without contact to come with the measured body.

Außerdem kann ein Verschiebungsmeßfühler mit einer Vielfachfaser gemäß der vorliegenden Erfindung genau die Verschiebung eines Körpers, der bewegt wird oder stillsteht, mit Hilfe einer Lichtübertragungsmethode oder einer Lichtreflektionsmethode messen.In addition, a multi-fiber displacement sensor according to FIG of the present invention precisely translates a body that is being moved or stands still by means of a light transmission method or a light reflection method measure up.

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Claims

bbere tcW ScWc 1 dz

Claims 1. Bundle structure (7, 10, 16) of optical fibers (F1, F2, 14, 16), that the optical fibers layer by layer in a tightly packed hexagonal structure to form a light receiving surface are stacked and have a core covered with a cladding layer, and that the ratio of the radius (R) of a core of each optical fiber to the radius (Rg) of the optical fiber including the cladding layer in the area is from 0.55 to 0.65.

2. Displacement sensor with a bundle structure according to claim 1, characterized by a light receiving element (8, 12, A, B, C, D) for receiving from Light that has passed through the bundle of optical fibers.

3. Displacement sensor according to claim 2, characterized in that that the bundle (10) of optical fibers forms a rectangular light receiving surface and the light falling on the rectangular light receiving surface through the Light receiving element (12) is detected.

4. fiber optic sensor, characterized by a light guide device (16) .with at least three bundles of optical fiber (14), the two end bundles and one contain central bundle, the bundles are close to each other and each through layered stacking of optical fibers are formed, so that a rectangular Light receiving surface (, @ results, where the two .end bundles and the central Bundles of the adjacent bundles are substantially the same number of having optical fibers and wherein the optical fibers to form the three bundles are provided with a coating layer and the ratio of the radius (R) of one Core of each optical fiber to the radius (Ro) of the optical fiber including of the cladding layer ranges from 0.55 to 0.65, a first light receiving element (B) for receiving the light guided by the central bundle of the adjacent bundles, a second light receiving element (A) for receiving the one guided by the end bundles Light and a differential amplifier for detecting a difference between one Output of the first light receiving element and an output of the second light receiving element.