JPH03503937A - 光ファイババッファ検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ｂ）ファイバとビームの交差点における前記ファイノ（を中心にした前記ビー ムの角回転により限定された放射平面外への前記ファイバ中の欠陥からの前記ビ ームの散乱を検出するステップを含む光フアイバ中の欠陥を検出する方法。

明　　　細　　書 光フアイババッファ検査装置 発明の背景 発明の背景 本発明は光ファイバの製造および試験に関する。特に、本発明は光フアイバ上の 有機バッファ中の不整合を検出するシステムに関する。

本発明はここでは特定の適用に対する実施例に関して説明されているが、本発明 はそれに限定されるものではないことを理解すべきである。当業者は本発明が非 常に有効な技術的範囲および付加的な分野内における付加的な修正、適用および 実施例を認識するであろう。

関連技術の説明 技術的に知られているように、光ファイバは典型的に有機材料の保護シースによ って包囲されたガラスフィラメントコア（導波コアを包囲するクラッドを含む） を有する。一般に“バッファ層”と呼ばれるこのシースは、ファイバの製造およ び、または処理の結果として生じる気泡、亀裂、傷および他の不均一性を有して いることが多い。はとんどの通信適用に対して、バッファ層中のこのような不均 一性はこれまで除去されるべきであると考えられてきた。しかしながら、ある光 ファイバの適用では光ファイバの張力強度が非常に要求される。このような緊張 の多い適用の１つは、光フアイバ誘導ミサイルの飛行中のファイバの配置である 。この場合、ファイバはその固有の強度に近いレベルで応力を受ける。被覆中の 既存の欠陥はガラスファイバと機械的に接触する可能性がある。これは、耐機械 圧力より低い応力で破損し得るほどファイバを弱くする。機械的耐力は、成功的 なファイバ繰出しを保証するのに十分に大きいと評価される。

したがって、ファイバの詳細な検査はファイバの存続を保証するために重要であ る。現在、この検査はファイバ端部のマイクロスコープにより手作業でのみ行わ れている。残念ながら、数十キロメートル程度のミサイルファイバ長に関しては この処理は不適切である。さらに、処理およびまたは荷積み後のファイバ品質の 厳密な制御を保証するために検査が繰返されなければならない。

したがって、欠陥および破損に対して長い光ファイバ長の上の保護バッファを検 査するための迅速で安価な技術が要求される。

要約 技術的な必要性は、本発明の光フアイババッファ検査システムにより解決される 。本発明のシステムは、光エネルギのビームによりファイバおよびバッファを照 明するための光源と、光フアイババッファ中の欠陥によるビームの散乱を検出す る検出器とを含む。検出器はファイバおよびバッファに関するビームの検査点に おけるファイバを中心にしたビームの角回転によって限定された放射平面からの 散乱を収集するように設けられている。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の原理を示すシステムの簡単な斜視図である。

第２図はバツア被覆における欠陥を持つ典型的な光ファイバの一部を表す。

第３図は本発明の欠陥検出システムｌＯの実施例の正面図である。

第４図は本発明の欠陥検出システムｌＯの別の実施例を示す。

第５図は本発明の欠陥検出システム１０のさらに別の実施例を示す。

第６図は本発明の原理を使用した完全な光フアイバ検査システムを示す。

発明の説明 本発明は、光ファイバのバッファ被覆の品質を試験する新しい方法を提供する。

本発明の技術はファイバの製造または処理中に生じた被覆中の気泡または亀裂の ような被覆の不連続性を感知する。本発明は簡単なレーザ光回折を使用する。

検査中のファイバはレーザビームによって照明される。ファイバ被覆中の欠陥は 回折パターンを変化させる。これらの変化は検出され欠陥と相関される。本発明 の好ましい実施例において、レーザはファイバ軸に垂直に入射する。レーザビー ムと同じ平面中の回折パターンは、ファイバ直径、密度および被覆の厚さに関す る情報を含む。ここで明らかにされているように、平面外の散乱は媒体中の不連 続性（例えば、被覆中の亀裂および気泡）に関する情報を含む。簡単な動作原理 は、ファイババッファ中の点状の欠陥が入射光の再放射のためのソースとして機 能することであると考えられている。光の波長程度の直径を持つ気泡から散乱し た光は一般にミー（Ｍｉｅ）寸法散乱と呼ばれている。レイレー（Ｒａｙｌｅｉ ｇｈ　）散乱は、散乱位置が入射ビームの波長に比較して非常に小さい場合に生 じる。ミー散乱は光の高い方向性前方散乱である。

レイレー散乱は異方性である。均質材料中の単一のミー寸法気泡に対して、散乱 は前方方向の周囲の円錐中に生じるべきである。したがって、平面性散乱を監視 することによって、被覆中の欠陥が検出されることができる。

第１図の簡単な斜視図は本発明の原理を示す。システムｌＯは、垂直な縦軸“１ ゛および水平な横軸“ｔ”により垂直に方位付けされた検査中の光ファイバ１１ のセクションを含む。

ファイバ１１はプッシュ１４中の開口１２を通って延在する。プッシュ１４は、 レーザ（示されていない）からの第１および第２の直交するビーム２０および２ ２がそれらを横断する軸に沿って点“Ａ”でファイバ１１を照明する第１および 第２の開口１６および１８を有する。以下さらに明らかにされるように、本発明 は示された実施例に示されたレーザビームまたは検出器の数に限定されるもので はない。当業者は、本発明の原理が任意の特定の適用に対する評価の下において ファイババッファの適切な照明のために要求または所望される任意の数のビーム および検出器を具備した構造に拡張し得ることを認識するであろう。

ファイバ１１は、その長さに沿った各点がビーム２０および２２によって照明さ れるようにディツシュ１４を介して引出される。

照明“Ａ”の点におけるファイバの被覆中に欠陥がない場合、各ビームからの光 は、ビーム２０および２２の横断平面においてファイバ１１の周囲に延在するデ ィシュ１４の内面のバンド２４上に前方散乱される。第２のビーム２２からのこ のような“平面内”前方散乱光線２６が示されているが、第１のビーム２０から のものは説明を簡単にするために省略されている。平面内前方散乱光線２６はバ ンド２４に当って、照明点“Ａ”でファイバ１１の被覆中に欠陥がない場合、平 面内回折パターン２８を発生する。照明点“Ａ”においてファイバＵの被覆中に 欠陥があるときには、ファイバ１１に関するビーム２０または２２の交差点“Ａ ”においてファイバ１１を中心にした第１または第２のビーム２０または２２の 角回転により限定された横断方向の放射平面の外に欠陥によって付加的な光線３ ０が散乱される。これはバッファ被覆３４中に欠陥３２を持つ典型的な光ファイ バ１１の部分を表した第２図に示されている。この図面において、欠陥は点“Ａ “においてファイバ１１のクラッド３６まで被覆３４に侵入した破損である。気 泡のような他の欠陥は、ここで論じられた平面性散乱を発生させることを理解す べきである。入射した光ビーム２０は、ファイバ１１の横断方向の軸“ビに沿っ た点“Ａ”で欠陥３２を照明し、光線（または複数の光線）３０は放射横断平面 の外に散乱される。第１図に見られるように、これらの光線３０はバンド２４の 外側のプッシュ１４の内面に当って、平面性回折パターン４０を発生する。回折 パターン４０が第３または第４の開口４２または４４のいずれかを照明する程度 になると、光信号が光検出ファイバ４６および４８によってそれぞれ採取され、 第１図に示されていない検出器５０に伝送される。

検出器５０は、増幅され記録され、または欠陥検出の表示として表示された光信 号に応答して電気信号を与える。

所定の欠陥３２に対して、平面性散乱は入射角に応じて第１または第２のビーム ２０または２２によって発生されることを留意すべきである。散乱された信号の 大きさは被覆３４中への欠陥３２の最大侵入において最大でなければならないが 、ある平面性散乱は第２図における点“Ａ″の上および下方の欠陥の部分から生 じることにも留意しなければならない。

第３図は、本発明の欠陥検出システム１０の実施例の正面図である。この図面に おいて、金属フレーム５２に収容された円形のディツシュ１４が示されている。

ディツシュはアルミニウム、プラスチックまたはその他の適切な材料から成る。

好ましい実施例において、ディシュはバンド２４以外を白色に被覆されたアルミ ニウムである。好ましい実施例において、凹部２５はディシュ１４中に切込まれ 、平面内散乱光線２６をトラップするためにバンド２４において黒色に塗られて いる。好ましい実施例において、ディシュ１４は、テフロンリング５６の周囲で 閉じるアイリスダイヤフラム５４を含む。テフロンリング５６は、ファイバ１１ が通過する小さい開口を有している。凹部２５、アイリス５４およびリング５６ は、望ましくない光の受光を最小にするように機能し、それによってシステムの 信号対雑音比を改善するように機能する。ファイバ４６および４８は、ディツシ ュ１４中の開口４２および４４をそれぞれ通って延在する金属管５８および６０ 中に内に収容されている。管５８および６０は、ファイバＩｆに関して適切な位 置に検出ファイバ４６および４８を維持するように機能する。理想的には、管５ ８および６０はファイバの照明点“Ａ”に向けられた検出ファイバ４６および４ ８を維持する。

第３図は第１および第２のビーム２０および２２がファイバ１１を照明し、開口 ６２および６４をそれぞれ介してディ・ンシュ１４から（または示されていない 適切な光トラップへ）出ることを示す。ビーム２０および２２は５０−５０ビー ムスプリツタ６８と、フレーム５２に包囲された第１および第２の反射鏡７０お よび７２を通して市販のヘリウムネオンレーザ６６により供給される。第１図を 参照して上記で説明されたように、入射して光検出器５０に入力される平面性散 乱ビームは検出ファイバ４６および４８によって採取される。

したがって、本発明の光フアイバ中の欠陥を検出する方法は、（ａ）電磁エネル ギの集束されたビームにより光ファイバを照明し、（ｂ）ファイバとビームの交 差点における、ファイバを中心にしたビームの角回転により限定された放射平面 外へのファイババッファ中の欠陥からのビームの任意の散乱を検出するステップ を含む。

第４図は、本発明の欠陥検出システム１０′の別の実施例を示す。第４図の別の 実施例は、３つの入射ビーム２０−．２１＝および２２″並びに６つの検出ファ イバ４６″が設けられていることを除いて第３図のものと同一である。経済的理 由のために３つの入射ビーム２０−１２ビおよび２２−は１／３．２／３のビー ムスプリッタ８０′を介して単一のレーザ６６′から供給−ムの１／３に等しい 強度を持つ第１のビーム２０′を分割し、第１の反射鏡８２″にそれを向ける。

入射ビームの２／３に等しい強度の第２のビームは５０−５０ビームスプリッタ ８４−への送信器である。５０−５０ビームスプリツタ８４″はファイバ１■に 第２のビーム２１−を反射し、反射鏡８６−および８８−を介してファイバに第 ３のビームを送信する。したがって、それぞれに関して１２０　’の角度でファ イバ１１を照明する３つのビームが供給される。複数のビームおよび検出器は欠 陥検出を最適化するように機能する。当業者は、特定の適用に対する任意の仕様 において最適である付加的な構造を認工するであろう。

第５図は本発明のさらに別の実施例を示す。第５図において、第１図のディツシ ュ１４は部分的な断面図で示されている。

この実施例において、軸方向の検出器１００は平面外に散乱された合計エネルギ を測定するように含まれている。この検出器１００はファイバ全体の欠陥の測定 を容易にし、そうでなければ検出ファイバ４６または４８の１つにより低レベル （またはゼロレベル）で検出が行われる。この実施例において、軸方向の検出器 １００の出力はファイバ検出器の出力との比較のために別々に記録され監視され る。

第６図は、本発明の原理を使用した完全な光フアイバ検査システム２００を示す 。検査システム２００は、保護フード２１０によって正面でカバーされた光フア イバ欠陥検出システム１０を含む。通常の直径モニタ２２０は欠陥検出システム ＩＯの後部に接続されている。光ファイバは欠陥検出システム１０に第１および 第２のリール２２４および２２Ｂを介してスプール２２２によって与えられる。

直径モニタ２２０は欠陥検出システムｉｏと関連して使用するために設けられて いる。ファイバは別の組のリール２３０および２３２を介して第２のスプール２ ２８によって巻取られる。被覆欠陥は、本発明のシステム１０によって上記に示 された方法で検出され、チャートレコーダ２４０に入力される。汎用コンピュー タ２５０は、モニタ（示されていない）を介してスプール２２２および２２８の 動作を制御するために設けられている。モニタ２５２およびキーボード２５４は 、コンピュータ２５０とインターフェイスするために設けられている。

検出される欠陥からの散乱の画像を記録するように光学カメラ２７０と共に動作 するビデオレコーダ（ＶＣＲ）２６０のような光学装置が設けられる。任意の直 径メータ２８０、時間発生器２９０およびカウンタ３００も設けられている。周 辺装置、すなわちチャートレコーダ２４０、カメラ２７０とＶ　ＣＲ２６０およ び直径メータ２８０はコンピュータ２５０の制御下にあるか、もしくはそれと通 信しているかのいずれかであることが理解される。全システム２００はコンソー ル４００内に収容されている。

以上、本発明は特有の適用に対する実施例を参照して説明されてきた。当業者は 、本発明の技術的範囲内における付加的な修正、適用および実施例を認識するで あろう。例えば、上記のように本発明は任意の実施例に示されたレーザビームま たは検出器の数に限定されるものではない。当業者は、本発明の原理が特定の適 用に対して要求または所望される任意の数のレーザビームおよび検出器を具備し た構造に拡大され得ることを認識するであろう。

添付された請求の範囲の各請求項は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく任 意および全てのこのような適用、修正および実施例をカバーするものである。

ＦＩＧ、　　６ 国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）電磁エネルギの集束されたビームにより第１の光ファイバを照明する手段 と、 前記ファイバと前記ビームとの交差点において前記ファイバを中心にした前記ビ ームの角回転によって限定された放射平面外の、前記ファイバ中の欠陥からの前 記ビームの散乱を検出する手段とを含む光ファイババッファ欠陥検出システム。
2. （２）前記ビームは横断方向の軸に沿って前記ファイバを照明し、前記横断方向 の軸は実質的に前記ファイバの縦軸に直交する請求項１記載の欠陥検出システム 。
3. （３）前記ファイバに関して前記照明手段を保持する保持手段を含む請求項２記 載の欠陥検出システム。
4. （４）前記保持手段は前記ファイバに関して前記検出手段を保持する手段を含む 請求項３記載の欠陥検出システム。
5. （５）前記検出手段は光検出器を含む請求項４記載の欠陥検出システム。
6. （６）前記検出手段は前記検出器に前記散乱されたエネルギを伝送するために前 記検出器と光通信している光ファイバを含む請求項５記載の欠陥検出システム。
7. （７）前記保持手段は実質的に前記横断方向の軸に平行な平面に設けられ、前記 ファイバを受けるためにその半径の中心において第１の開口を有するディッシュ を含む請求項４記載の欠陥検出システム。
8. （８）前記ディッシュは前記ファイバに前記ビームを通す第２の開口を有する請 求項７記載の欠陥検出システム。
9. （９）前記検出器に前記散乱されたエネルギを伝送する検出ファイバ手段を含む 請求項８記載の欠陥検出システム。
10. （１０）前記検出ファイバは第２の光ファイバを含む請求項９記載の欠陥検出シ ステム。
11. （１１）前記検出ファイバ手段は前記第２の光ファイバを保持する管を含む請求 項１０記載の欠陥検出システム。
12. （１２）前記ディッシュは前記管を保持する第３の開口を有している請求項１０ 記載の欠陥検出システム。
13. （１３）前記ディッシュは、実質的に前記第１の光ファイバの周囲で閉じる前記 第１の開口中に設けられたアイリスダイヤフラムを含む請求項１２記載の欠陥検 出システム。
14. （１４）前記第１の光ファイバを照明する前記手段は前記第１の光ファイバを照 明するために複数の電磁ビームを供給する手段を含む請求項１記載の欠陥検出シ ステム。
15. （１５）前記検出手段は前記欠陥から散乱されたエネルギを検出する複数の手段 を含む請求項１記載の欠陥検出システム。
16. （１６）前記欠陥から散乱されたエネルギを検出する前記複数の手段は前記ディ ッシュの外部に設けられた第２の光検出器を含む請求項１５記載の欠陥検出シス テム。
17. （１７）前記ディッシュ中の前記開口を通して前記第１の光ファイバを移送する 手段を含む請求項７記載の欠陥検出システム。
18. （１８）前記移送手段はその動作を制御する手段を含む請求項１７記載の欠陥検 出システム。
19. （１９）前記検出手段の出力を記録する手段を含む請求項１記載の欠陥検出シス テム。
20. （２０）前記ディッシュは、前記放射平面中の前記ビームからのエネルギの散乱 を受けるために前記放射平面との交差点において内面に沿った円形凹部を有して いる請求項７記載の欠陥検出システム。
21. （２１）前記ディッシュ中の前記凹部は、それからのエネルギの散乱を制限する ために塗装されている請求項２０記載の欠陥検出システム。
22. （２２）（ａ）電磁エネルギの集束されたビームにより光ファイバを照明し、 （ｂ）ファイバとビームの交差点における前記ファイバを中心にした前記ビーム の角回転により限定された放射平面外への前記ファイバ中の欠陥からの前記ビー ムの散乱を検出するステップを含む光ファイバ中の欠陥を検出する方法。