JP2001235396A - 光ファイバの欠陥検出方法 - Google Patents
光ファイバの欠陥検出方法Info
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- JP2001235396A JP2001235396A JP2000380676A JP2000380676A JP2001235396A JP 2001235396 A JP2001235396 A JP 2001235396A JP 2000380676 A JP2000380676 A JP 2000380676A JP 2000380676 A JP2000380676 A JP 2000380676A JP 2001235396 A JP2001235396 A JP 2001235396A
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Abstract
速化が難しい。 【解決手段】 被測定光ファイバにその光軸と交差する
方向からレーザ光を照射して、同光ファイバ内を透過し
て散乱される前方散乱光の強度分布を調べ、同強度分布
のパターンから被測定光ファイバの欠陥を検出する方法
において、強度分布のパターンに、平滑度の弱い平滑化
処理と平滑度の強い平滑化処理を施して第1、第2のパ
ターンを作り、これら第1、第2のパターンの差、或い
は商から判定用パターンを作り、同判定用パターンの大
きさを評価して被測定光ファイバの欠陥を検出する。強
度分布のパターンをフーリエ変換して周波数スぺクトル
パターンにし、この周波数スぺクトルパターンを両対数
軸にて評価して同スぺクトルパターンにこれと寄与率が
高い判定用曲線を当てはめ、この判定用曲線に対する前
記周波数スぺクトルパターンの分散を求めてその大きさ
から被測定光ファイバの欠陥を検出する。
Description
調べる欠陥検出方法に関するものであり、線引き中の光
ファイバを検査するインライン検査に適したものであ
る。
と光伝送損失の増大や機械的強度の低下、或いは融着接
続時の端面融着の失敗等の望ましくない問題を生じる。
そこで、光ファイバ線引設備では線引き中にインライン
にてこの空洞欠陥の検出を行っている。
その他では図9(a)に示すように、線引き中の被測定
光ファイバ素線(以下、単に被測定光ファイバと記す)
Aにその側方からレーザ光Bを照射し、当該光ファイバ
A内を透過して前方に散乱される前方散乱光CをCCD
ラインセンサ等のイメージセンサDで受光し、この信号
を信号処理部E及び判定処理部Fで処理して、前方散乱
光Cの強度分布パターンGを得ると共に同パターンGか
ら被測定光ファイバAの欠陥を検出するシステムが開示
されている。
受光された散乱光Cの光強度をその走査ライン方向(図
9(a)中の矢印a方向)に読み出して光強度分布のパ
ターンGを出力する。この場合、イメージセンサDの走
査ライン方向の中央部付近に図示されていない光源から
直進するレーザ光B(変位角が0度の散乱光C)が受光
され、前記中央部の両側に被測定光ファイバAで散乱さ
れた散乱光Cが受光されるようになっており、縦軸をセ
ンサ位置座標(散乱光の変位角)とし、横軸を光強度と
して強度分布のパターンをプロットすれば、図9(b)
に示されるようにセンサ位置座標0付近にピークを持
つ、山形のパターンGが得られるようになっている。
とらえられた強度分布のパターンGを、予め計測してお
いた正常な光ファイバからの強度分布パターン(基準パ
ターン)と比較し、両者パターンの―致度成いは不一致
度をある閾値をもって判定し、被測定光ファイバAが正
常であるか異常であるかを判別する。この場合、基準パ
ターンは、予め他の方法で欠陥が無いと判定された光フ
ァイバに光を照射して得られる前方散乱光のパターンか
ら得られる。基準パターンは、正常と判断された複数の
光ファイバについて前方散乱光の強度分布のパターンを
調べ、その結果を平均化したものとする場合も有るが、
いずれにしても基準パターンは固定的なものが使われ
る。
定においては、被測定光ファイバAが振動したり、位置
が移動したり、ファイバ外径が変動したり、或いはレー
ザ光強度が変動したりして、実際に判定処理部Fで処理
される強度分布パターンGには様々な変動要素が付加さ
れてしまう。例えば図10(a)に示すようにパターン
Gが全体的に上下したり、同図(b)に示すように全体
的に左右に移動したり、同図(c)に示すようにパター
ンGの傾きが変化したりする(これらの図にはパターン
Gについてセンサ位置座標0より正の部分成いは負部分
だけを表示してある)。この結果、基準パターンが固定
的に与えられていると、被測定光ファイバAそのものに
異常が無いにも関わらず測定で得られたパターンGとの
間に大きな差異が生じて異常有りと判断されてしまうこ
とがある。そこで一般には、このような外的変動要因を
考慮して基準パターンにある幅(遊び)を持たせ、計測
されたパターンGが基準パターンに対してある範囲内
(閾値内)にあれば被測定光ファイバAは正常であると
判断するようにしている。
べき欠陥を見逃す例があることが判ってきた。例えば、
光ファイバの断面位置においてコア近傍に欠陥がある
と、コアから離れたところに欠陥がある場合に比べて、
基準パターンと比較した際の差異が小さくなり、差異が
閾値の遊びの中に入り、本来異常と判断されなければな
らないにも関わらず、正常と判断されてしまうことがあ
る。従って、図10(a)、(b)、(c)に示すよう
な光ファイバの欠陥によらない変動分を解消して正確に
被測定光ファイバAの異常を検出することができるアル
ゴリズムが必要とされている。
能力のソフトウエア的、ハードウエア的発達により、光
ファイバの欠陥によらない変動分をキャンセルするよう
に基準レベルを変動させることも不可能ではない。しか
しながら、光ファイバの製造コストの低減のために線引
速度のさらなる高速化も要求され続け、欠陥検出の測定
周期も高速化が要求されており、精度良く判定できる高
度な処理であっても、処理時間がかかる内容では意味が
ない。従って、画像処理に要する演算の負担が軽く、高
速処理が可能なアルゴリズムが必要とされている。
布、或いは測定用照射レーザ光の強度分布等に局所的な
偏りがあると、オンライン測定時、ファイバ振動を伴っ
て、それらが拡大検知される場合があり、従って、この
ような局所的偏りに影響されないアルゴリズムが必要と
されている。
載の光ファイバの欠陥検出方法は、被測定光ファイバに
その光軸と交差する方向からレーザ光を照射して、同光
ファイバ内を透過して散乱される前方散乱光の強度分布
を調べ、同強度分布のパターンから被測定光ファイバの
欠陥を検出する方法において、前記強度分布のパターン
に、平滑度の弱い平滑化処理と平滑度の強い平滑化処理
を施して第1、第2のパターンを作り、これら第1、第
2のパターンの差から判定用パターンを作り、同判定用
パターンの大きさを評価して被測定光ファイバの欠陥を
検出するものである。
欠陥検出方法は、被測定光ファイバにその光軸と交差す
る方向からレーザ光を照射して、同光ファイバ内を透過
して散乱される前方散乱光の強度分布を調べ、同強度分
布のパターンから被測定光ファイバの欠陥を検出する方
法において、前記強度分布のパターンに、平滑度の弱い
平滑化処理と平滑度の強い平滑化処理を施して第1、第
2のパターンを作り、第2のパターンに対する第1のパ
ターンの商から判定用パターンを作り、同判定用パター
ンの大きさを評価して被測定光ファイバの欠陥を検出す
るものである。
欠陥検出方法は、第1或いは第2のパターンと連動され
る変動閾値パターンを作り、これを判定用パターンと比
較することにより同判定用パターンの大きさを評価する
ものである。
欠陥検出方法は、平滑化処理に移動平均法を用いるもの
である。
欠陥検出方法は、被測定光ファイバにその光軸と交差す
る方向からレーザ光を照射して、同光ファイバ内を透過
して散乱される前方散乱光の強度分布を調べ、同強度分
布のパターンから被測定光ファイバの欠陥を検出する方
法において、前記強度分布のパターンをフーリエ変換し
てフーリエ変換パターンにし、このフーリエ変換パター
ンを両対数軸にて評価して同パターンにこれと寄与率が
高い判定用曲線を当てはめ、この判定用曲線に対する前
記フーリエ変換パターンの分散を求めてその大きさから
被測定光ファイバの欠陥を検出するものである。
欠陥検出方法は、強度分布のパターンに、平滑度の弱い
平滑化処理と平滑度の強い平滑化処理を施して第1、第
2のパターンを作り、第1、第2のパターンの差が最大
となる、或いは第2のパターンに対する第1のパターン
の商が最大となるような領域をパターンに設定し、この
領域のパターンに部分的にフーリエ変換を施して被測定
光ファイバの欠陥を検出するものである。
陥検出方法を実施するための装置の概略図であり、光源
12は線引き中の被測定光ファイバ(光ファイバ素線)
1にその光軸と交差する方向からレーザ光2を照射でき
るように配置され、イメージセンサ13は前記光源12
と被測定光ファイバ1を挟んで対向するように配置され
ている。そして光源12から出射されたレーザ光2が被
測定光ファイバ1内を透過して散乱され、その前方散乱
光(以下、単に散乱光と記載する)がイメージセンサ1
3で受光されるようにしてある。なお、レーザ光2は被
測定光ファイバ1の直径を上回る光線幅を有するもので
あり、光源12から連続的に出射される。
ンサのようなものであり、図1に示されるように水平方
向に幅広く、同方向に走査すれば被測定光ファイバ1で
散乱された散乱光の水平方向の光強度分布を検出するこ
とができるようになっている。このイメージセンサ13
は、光源12からの入射レーザ光の光軸に正対する位置
に配置することもできるが、その位置から適宜の角度
(受光角度)の範囲内に配置することもできる。このイ
メージセンサ13からの信号を、横軸を水平方向におけ
る位置(散乱光3の変位角)、縦軸を光強度としてプロ
ットすれば、図2(a)や図2(b)に示されるような
山形のパターン4が観測できるようにしてある。そして
被測定光ファイバ1が正常であれば図2(a)に示され
るような水平方向に左右対象なパターン4が得られ、異
常が有れば図2(b)に示されるようなどこかに凹凸の
あるパターン4が得られるようになっている。
散乱光3のパターン4は、A/D変換器14でサンプリ
ングされてデジタル信号に変換され、パーソナルコンピ
ュータ(PC)15に入力されるようにしてある。
号を処理して本件発明の光ファイバの欠陥検出方法を実
現するソフトウエアプログラムが記憶されている。図3
はこのソフトウエアプログラムのフローチャートであ
り、イメージセンサ13で1回のライン走査が完了する
毎に図3に示す一連の処理が1回行われる。なお、イメ
ージセンサ13における1回のライン走査時間は、被測
定光ファイバ1の線引き速度等にあわせて適切な値を選
択し、高速で移動する被測定光ファイバ1の断面を所定
の間隔で検査することができるようにする。
による処理を、図4(a)に示すようなパターン4が得
られた場合の例で説明する。なお、図4(a)〜図4
(c)にはイメージセンサ13でとらえられる実際のパ
ターン4の片側半分だけが図示されており、本件発明に
おいてはこの片側半分だけを処理しても、図2(a)、
(b)に示されるようにパターン全体を処理してもよ
い。
を読み込み、図4(a)に示すような光強度分布のパタ
ーン4を得る。このパターン4には被測定光ファイバ1
の欠陥に伴う異常が検出されているが、そのままでは異
常箇所を判別することはできない。
く同じ2つのパターン4を作り出す(データのコピ
ー)。
ターン4を構成する要素への有効範囲を狭く作用させた
移動平均処理を施し、他方のパターン4に各要素への有
効範囲を広く作用させた移動平均処理を施して、図4
(b)に示される第1のパターン5(以下、パターンA
(x)と記載する)と第2のパターン6(以下、パター
ンB(x)と記載する)を得る。なお、移動平均は平滑
化処理の一つであり、数1で表されるものである。この
場合の各要素への有効範囲を狭くしたり広くしたりする
ことは数1におけるnを小さくしたり大きくしたりする
ことである。またf(x)、f(i)は水平位置におけ
る各要素点xやiにおける光強度を表す。
(x)の差をとり、図4(c)に示される判定用パター
ン7(以下、判定用パターンC(x)と記載する)を得
る。 判定用パターンC(x)=|パターンA(x)−パター
ンB(x)|
ンC(x)は、 判定用パターンC(x)=|(パターンA(x))/
(パターンB(x))| により得られるものであっても良い。こちらの方が判定
用パターンC(x)を作成する負担が軽いが、どちらを
選択するかはシステムの処理能力を考慮して選択すれば
良い。
ンB(x)を複製し、これにN(x)なるパターンを乗
算して変動閾値パターン8(以下、閾値パターンL
(x)と記載する)を算出する。この閾値パターンL
(x)はパターンB(x)の変動に比例される。前記N
(x)は、光源12やイメージセンサ13の配置位置
等、計測系の状態に応じて実験的に求められるものであ
り、オンライン測定において正常状態でのばらつきを計
測し、平均的な期待値として求めたものを使用すること
ができる。
ーンL(x)とを比較し、図4(c)に示されるように
判定用パターンC(x)に閾値パターンL(x)を越え
る箇所が部分的にでもあれば"異常"の判定を出力する。
閾値パターンL(x)を超える部分がなければ"正常"の
判定結果を出カするものとする。
繰り返し行い、線引き中の被測定光ファイバ1の欠陥を
インラインにて検出する。
外に、イメージセンサ13から受け取ったデータを記録
する記録機能や、イメージセンサ13でとらえられたパ
ターン4等を表示する表示機能、"異常"が検出された場
合にそれを報知するアラーム機能、アラームが検出され
た場合に線引き装置を自動的に停止させたりする機能
等、必要な機能を備えることができる。
1の光ファイバの欠陥検出方法はイメージセンサ13で
得られる光強度分布のパターン4をデジタル信号に変換
してソフトウエアプログラムとPC(パソコン等のハー
ドウエア)15との組み台わせで演算処理する例である
が、本件発明においてはソフトウエアプログラムを用い
ずに、ハードウエアだけで行うこともできる。この場合
は図5の様な検査装置とすることができる。図5は、図
9の検査装置と同様に信号処理部16と判定処理部17
とを有し、判定処理部17は信号複製機能、平滑化処理
機能、判定用パターン作成機能、閾値発生機能、パター
ン判定機能を持つ。なお、実際にはこれらに加えて図9
と同様にアラームや記録部、モニタ等を備えることがで
きる。
走査線を水平方向に走査して受光された散乱光3の光強
度分布を時系列的に出力させるものであり、1回のライ
ン走査で図2に示すような強度分布のパターン4を得る
ことができるようにしてある。
部16から出力されるパターン4を2つに分岐して2つ
の同じパターン4を作り出すものである。このような回
路としては分岐器がある。
られた2つのパターン4に平滑化処理を施すものであ
り、―方のパターン4には実施形態1と同様に平滑度の
弱い平滑化を施してパターンA(x)を作り出し、他方
のパターン4には平滑度の強い平滑化を施してパターン
B(x)を作り出す。この平滑化処理を行う回路として
は積分回路があり、平滑の度合いは回路の時定数により
設定することができる。
理機能で得られたパターンA(x)、B(x)からそれ
らの差或いは商を得て、実施形態1における判定用パタ
ーンC(x)と同じものを得るものである。
ターンB(x)にさらに別のパターン値(実施形態1の
N(x)に相当するもの)を掛けて閾値パターンL
(x)を得るものである。
C(x)と、閾値パターンL(x)とを比較するもので
あり、判定用パターンC(x)に閾値パターンL(x)
を部分的にでも上回れば"異常"を、そうでなければ"正
常"を出力するものである。
方法は図8に示すような光学系によっても実施すること
ができる。具体的には、被測定光ファイバ1で散乱され
た散乱光3をハーフミラー18により2つに分岐し、そ
れらを散乱板19、20を通して別々のイメージセンサ
13(13a、13b)で観測するようにしたものであ
る。この場合、2枚の散乱板19、20は光の散乱度数
を違えてあり、一方は散乱度を弱く、他方は散乱度を高
くしてあり、前者を透過してイメージセンサ13aに受
光される散乱光3からは実施形態1と同様のパターンA
(x)が得られ、後者を透過してイメージセンサ13b
に受光される散乱光3からは実施形態1と同様のパター
ンB(x)が得られるようにしてある。この2つのイメ
ージセンサ13a、13bで得られたパターンA(x)
とパターンB(x)は実施形態1で説明したようなデジ
タル処理系で処理したり、実施形態2で説明したような
アナログ処理系で処理して、判定用パターンC(x)と
閾値パターンL(x)とを求め、これらを比較して被測
定光ファイバ1の良否を判断することができる。
法に平滑化処理を用いた例であるが、本発明ではフーリ
エ変換を用いても良い。この場合、散乱光3の強度分布
パターン4を得てそのデジタル信号をPC15に入力す
るところまでは実施形態1と同じであるが、信号を処理
するソフトウエアプログラムは図6に示すものを用い
る。
る処理の流れを説明する。 (1)読み込んだパターン4に対してフーリエ変換を施
して、フーリエ変換パターン9を得、そのフーリエ変換
パターン9を図7に示すような両対数のグラフにて評価
する。
した基準線(判定用曲線)10を引く。この引き方はイ
メージセンサ13の配置やその他の系の構成要素により
微妙に異なるが、低周波数域側で安定した点、例えば1
0Hzのポイントを通り、傾きが−1の直線を当てはめ
ることができる。
0に対する偏差の2乗和を求める(分散を求める)。こ
の場合、周波数域に有効範囲を設定し、例えば、基点に
したポイントよりも低周波側は有効範囲外として除外し
ても良い。また、最大周波数(フーリエ変換時に利用し
たデータ数により決まる)に対して(最大周波数)/2
より高周波域では不安定となりやすいのでこれも除外し
て良い。
と比較し、閾値以下であれば"正常"の結果を出力し、閾
値を越えれば欠陥があるとして"異常"の結果を出力す
る。
すことにより、線引中の被測定光ファイバ1のオンライ
ン検査を行うことができる。
アプログラムにより電子的に行われるものであって、例
えば図7のフーリエ変換パターン9への基準線10の当
てはめを人手により行うものではない。
間がかかる場合、実施形態1で説明したパターンA
(x)とパターンB(x)とから|A−B|或いは|A/
B|を求め、これらの値が最大となる領域、例えば図4
(c)においてパターンC(x)が最大ピークを持つよ
うな領域を選びだし、この領域に対して前記図6のプロ
グラムに基づく判定法を実施することにより、処理を高
速化することができる。フーリエ変換はFFT(高速フ
ーリエ変換)により効率的に演算処理することができる
が、それでも移動平均と比較すれば処理負担は大きいた
め、領域を限定することにより処理速度を速めることが
できる。
領域の値の平均値で置き換える移動平均の他に、周辺領
域の値の中央値(メディアン:median)で置き換えるこ
とによって平滑化する方法や、フーリエ変換した後に低
域通過フィルタによって高い周波数の成分をより小さく
し、その後逆フーリエ変換を行うことによって平滑化す
る手法等もある。
れば次のような効果がある。 1.移動平均等の処理に時間のかからない平滑化処理を
アルゴリズムとして採用するため、線引き速度が速くて
も容易にオンライン検査を行うことができる。 2.平滑化処理は電気回路や光学系により簡単に実行す
ることができるため、高速検査が可能である。 3.被測定光ファイバの変動やレーザ光の変動分をキャ
ンセルできるように閾値が変動されるため、正確な検査
が可能である。 4.請求項5のフーリエ変換を採用する検査方法におい
ても、請求項6に記載されているようにパターン全体に
ついてフーリエ変換を行う必要はないため、高速検査が
可能である。
検査装置の第1例を示した概略図。
度分布パターンを表した説明図であり、 (a)は正常
な光ファイバに対するもの、(b)は異常がある光ファ
イバに対するもの。
たフローチャート図。
ーン判定の様子を説明するための説明図。
検査装置の第2例を示した概略図。
処理の流れを説明するフローチャート図。
様子を説明するための説明図。
検査装置の第3例を示した概略図。
例を示した概略図、(b)は同装置において観測される
散乱光の様子を示した説明図。
を示した説明図。
Claims (6)
- 【請求項1】被測定光ファイバ(1)にその光軸と交差
する方向からレーザ光(2)を照射して、同光ファイバ
(1)内を透過して散乱される前方散乱光(3)の強度
分布を調べ、同強度分布のパターン(4)から被測定光
ファイバ(1)の欠陥を検出する方法において、前記強
度分布のパターン(4)に、平滑度の弱い平滑化処理と
平滑度の強い平滑化処理を施して第1、第2のパターン
(5、6)を作り、これら第1、第2のパターン(5、
6)の差から判定用パターン(7)を作り、同判定用パ
ターン(7)の大きさを評価して被測定光ファイバ
(1)の欠陥を検出することを特徴とする光ファイバの
欠陥検出方法。 - 【請求項2】被測定光ファイバ(1)にその光軸と交差
する方向からレーザ光(2)を照射して、同光ファイバ
(1)内を透過して散乱される前方散乱光(3)の強度
分布を調べ、同強度分布のパターン(4)から被測定光
ファイバ(1)の欠陥を検出する方法において、前記強
度分布のパターン(4)に、平滑度の弱い平滑化処理と
平滑度の強い平滑化処理を施して第1、第2のパターン
(5、6)を作り、第2のパターン(6)に対する第1
のパターン(5)の商から判定用パターン(7)を作
り、同判定用パターン(7)の大きさを評価して被測定
光ファイバ(1)の欠陥を検出することを特徴とする光
ファイバの欠陥検出方法。 - 【請求項3】第1或いは第2のパターン(5、6)と連
動される変動閾値パターン(8)を作り、これを判定用
パターン(7)と比較することにより同判定用パターン
(7)の大きさを評価することを特徴とする請求項1又
は請求項2記載の光ファイバの欠陥検出方法。 - 【請求項4】平滑化処理に移動平均法を用いることを特
徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光フ
ァイバの欠陥検出方法。 - 【請求項5】被測定光ファイバ(1)にその光軸と交差
する方向からレーザ光(2)を照射して、同光ファイバ
(1)内を透過して散乱される前方散乱光(3)の強度
分布を調べ、同強度分布のパターン(4)から被測定光
ファイバ(1)の欠陥を検出する方法において、前記強
度分布のパターン(4)をフーリエ変換してフーリエ変
換パターン(9)にし、このフーリエ変換パターン
(9)を両対数軸にて評価して同パターン(9)にこれ
と寄与率が高い判定用曲線(10)を当てはめ、この判
定用曲線(10)に対する前記フーリエ変換パターン
(9)の分散を求めてその大きさから被測定光ファイバ
(1)の欠陥を検出することを特徴とする光ファイバの
欠陥検出方法。 - 【請求項6】強度分布のパターン(4)に、平滑度の弱
い平滑化処理と平滑度の強い平滑化処理を施して第1、
第2のパターン(5、6)を作り、第1、第2のパター
ン(5、6)の差が最大となる、或いは第2のパターン
(6)に対する第1のパターン(5)の商が最大となる
ような領域をパターン(4)に設定し、この領域のパタ
ーン(4)に部分的にフーリエ変換を施して被測定光フ
ァイバ(1)の欠陥を検出するようにしたことを特徴と
する請求項5記載の光ファイバの欠陥検出方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000380676A JP4609820B2 (ja) | 1999-12-16 | 2000-12-14 | 光ファイバの欠陥検出方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP35803299 | 1999-12-16 | ||
JP2000380676A JP4609820B2 (ja) | 1999-12-16 | 2000-12-14 | 光ファイバの欠陥検出方法 |
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JP4609820B2 JP4609820B2 (ja) | 2011-01-12 |
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