JP2002529732A - 電磁波の減衰を利用して、対象物内の材料濃度を測定する方法及び装置 - Google Patents
電磁波の減衰を利用して、対象物内の材料濃度を測定する方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
光導波路の形成に使用されるスートプリフォームの少なくとも一部を構成するスート内のドーパント濃度を測定する装置であって、重量測定器、厚みパラメータ測定器、放射線源、放射線センサ、決定装置を有する装置である。該重量測定器は、該スートプリフォームの重量を測定する。該厚みパラメータ測定器は該スートプリフォームの厚みパラメータを測定する。放射線源は、スートに透過放射線を照射する。放射線センサは、該スートを通過する透過放射線の強度を検出する。決定装置は、透過放射線の検出強度と、測定された重量および厚みパラメータとに基づいて、該スート内のドーパント濃度を決定する。
Description
【０００１】
本発明は、透過放射線の減衰を利用して対象物内部の材料濃度を測定する方法
と装置に関する。より詳細には、本発明は、Ｘ線減衰を利用して光導波路ファイ
バ（光ファイバ）の形成に使用されるスートプリフォーム内部のドーパント濃度
を測定する方法と装置に関する。
と装置に関する。より詳細には、本発明は、Ｘ線減衰を利用して光導波路ファイ
バ（光ファイバ）の形成に使用されるスートプリフォーム内部のドーパント濃度
を測定する方法と装置に関する。
【０００２】
光ファイバは、一般的には、純粋なシリカ（SiO2）から作られたクラッドと、
二酸化ゲルマニウム（GeO2）が不純物として添加されているシリカから作られた
コアを有する。二酸化ゲルマニウムは、ドーパントとしてコアのシリカの屈折率
を変化させる。コアの一部分が異なる二酸化ゲルマニウム濃度を有する場合があ
り、その場合は屈折率がコアの直径に依存する。コアの直径方向の屈折率の分布
（すなわち、屈折率分布）は、光ファイバの動作特性を決定する。
二酸化ゲルマニウム（GeO2）が不純物として添加されているシリカから作られた
コアを有する。二酸化ゲルマニウムは、ドーパントとしてコアのシリカの屈折率
を変化させる。コアの一部分が異なる二酸化ゲルマニウム濃度を有する場合があ
り、その場合は屈折率がコアの直径に依存する。コアの直径方向の屈折率の分布
（すなわち、屈折率分布）は、光ファイバの動作特性を決定する。
【０００３】 当該光ファイバは、外付け法（"ＯＶＤ"）として知られている従来の方法で形
成され得る。ＯＶＤ法は、大略、以下の工程を含む。混合気体を燃焼してシリカ
と二酸化ゲルマニウムを含むスートを形成することによって、スートプリフォー
ムを形成する工程と、そのスートの層をマンドレル棒へ順次堆積させ該スートプ
リフォームのコアの部分を形成する工程と、混合気体を燃焼してシリカのみを含
むスートを生成する工程と、該スートの層を該コアの部分へ順次堆積させてスー
トプリフォームのクラッドの部分を形成する工程と、である。該スートプリフォ
ームは焼結により圧密されて、ガラスブランクが形成される。光ファイバは、該
ガラスブランクから線引きされる。コア部を形成するスート層の二酸化ゲルマニ
ウム濃度が、出来上がった光ファイバのコアの直径方向の二酸化ゲルマニウム濃
度を、主として決定する。
成され得る。ＯＶＤ法は、大略、以下の工程を含む。混合気体を燃焼してシリカ
と二酸化ゲルマニウムを含むスートを形成することによって、スートプリフォー
ムを形成する工程と、そのスートの層をマンドレル棒へ順次堆積させ該スートプ
リフォームのコアの部分を形成する工程と、混合気体を燃焼してシリカのみを含
むスートを生成する工程と、該スートの層を該コアの部分へ順次堆積させてスー
トプリフォームのクラッドの部分を形成する工程と、である。該スートプリフォ
ームは焼結により圧密されて、ガラスブランクが形成される。光ファイバは、該
ガラスブランクから線引きされる。コア部を形成するスート層の二酸化ゲルマニ
ウム濃度が、出来上がった光ファイバのコアの直径方向の二酸化ゲルマニウム濃
度を、主として決定する。
【０００４】 ハラ氏による日本国昭和５９年特許願第１０６８０３号、及びグランチュニヒ
（Glantschnig）氏による米国特許第４，６１８，９７５号は、Ｘ線減衰を使用
して、スートプリフォーム内の二酸化ゲルマニウム濃度を非破壊的に測定する技
術を開示している。両者のアプローチは共に、２つのエネルギー値においてＸ線
の減衰を測定するものである。ハラ氏の方法は、ドーパント（Ge）に対するマト
リックス（Si）の減衰率が、Ｘ線の光子エネルギーによって変化するという事実
によるものである。しかし、ハラ氏の方法は、スートプリフォームに対して、特
別に精度の良い方法ではない。なぜならば、この減衰比率は、実用的なＸ線のエ
ネルギー範囲内においてほぼ一定であるからである。グランチュニヒ氏の方法は
、ドーパントの減衰（吸収）の密度減衰（散乱）に対する比率が、Ｘ線の光子エ
ネルギーによって変化するという事実に基づいている。ハラ氏の比率と同じよう
に、グランチュニヒ氏の比率も、スートプリフォームに対して実用的なエネルギ
ーの全範囲にわたって、ほぼ一定値である。よってグランチュニヒ氏の方法は、
密度変化とドーパント濃度の変化を区別できないのである。
（Glantschnig）氏による米国特許第４，６１８，９７５号は、Ｘ線減衰を使用
して、スートプリフォーム内の二酸化ゲルマニウム濃度を非破壊的に測定する技
術を開示している。両者のアプローチは共に、２つのエネルギー値においてＸ線
の減衰を測定するものである。ハラ氏の方法は、ドーパント（Ge）に対するマト
リックス（Si）の減衰率が、Ｘ線の光子エネルギーによって変化するという事実
によるものである。しかし、ハラ氏の方法は、スートプリフォームに対して、特
別に精度の良い方法ではない。なぜならば、この減衰比率は、実用的なＸ線のエ
ネルギー範囲内においてほぼ一定であるからである。グランチュニヒ氏の方法は
、ドーパントの減衰（吸収）の密度減衰（散乱）に対する比率が、Ｘ線の光子エ
ネルギーによって変化するという事実に基づいている。ハラ氏の比率と同じよう
に、グランチュニヒ氏の比率も、スートプリフォームに対して実用的なエネルギ
ーの全範囲にわたって、ほぼ一定値である。よってグランチュニヒ氏の方法は、
密度変化とドーパント濃度の変化を区別できないのである。
【０００５】
具体化され、且つここに広く記載されているように、本発明は、スート内のド
ーパント濃度の決定方法を含んでおり、このスートは、光導波路の形成に利用さ
れるスートプリフォームの少なくとも一部を構成する。上記方法は、以下の行程
を含む。スートプリフォームの重量測定行程と、該スートプリフォームの厚みパ
ラメータの測定行程と、透過放射線のスートへの照射行程と、照射されたスート
を通過した透過放射線強度の検出行程と、測定された重量及び厚みパラメータ、
及び検出された透過放射線の強度、に基づくドーパント濃度の決定行程と、であ
る。
ーパント濃度の決定方法を含んでおり、このスートは、光導波路の形成に利用さ
れるスートプリフォームの少なくとも一部を構成する。上記方法は、以下の行程
を含む。スートプリフォームの重量測定行程と、該スートプリフォームの厚みパ
ラメータの測定行程と、透過放射線のスートへの照射行程と、照射されたスート
を通過した透過放射線強度の検出行程と、測定された重量及び厚みパラメータ、
及び検出された透過放射線の強度、に基づくドーパント濃度の決定行程と、であ
る。
【０００６】 本発明の別の特徴は、スートの第１及び第２セグメント中のドーパント濃度の
測定方法も含んでおり、そのスートは、光導波路を形成する際に使用されるスー
トプリフォームの少なくとも一部を構成するものである。上記した濃度の測定方
法は、以下の各行程を含む。スートプリフォーム上に第１セグメントが堆積され
た後の重量測定行程と、スートプリフォーム上に該第１セグメントが堆積された
後の厚みパラメータの測定行程と、スートプリフォーム上に第２セグメントが堆
積された後の重量測定行程と、該スートプリフォーム上に該第２セグメントが堆
積された後の厚みパラメータの測定行程と、該第２セグメントへの透過放射線の
照射行程と、該第２セグメントを通過した透過放射線の強度検出行程と、該第２
セグメントの該スートプリフォーム上への堆積の後の該第２セグメントを透過し
た透過放射線の検出強度及び、該スートプリフォームの測定重量及び厚みパラメ
ータ、に基づいて該第２セグメントのドーパント濃度を測定する行程と、該第１
及び第２セグメントへの透過放射線の照射行程と、該第１及び第２セグメントを
通過した透過放射線の強度検出行程と、第１及び第２セグメントを通過した透過
放射線の検出強度及び、第２セグメント堆積後のスートプリフォームの重量及び
厚みパラメータ、に基づいて第１セグメント中のドーパント濃度を測定する行程
と、を含む。
測定方法も含んでおり、そのスートは、光導波路を形成する際に使用されるスー
トプリフォームの少なくとも一部を構成するものである。上記した濃度の測定方
法は、以下の各行程を含む。スートプリフォーム上に第１セグメントが堆積され
た後の重量測定行程と、スートプリフォーム上に該第１セグメントが堆積された
後の厚みパラメータの測定行程と、スートプリフォーム上に第２セグメントが堆
積された後の重量測定行程と、該スートプリフォーム上に該第２セグメントが堆
積された後の厚みパラメータの測定行程と、該第２セグメントへの透過放射線の
照射行程と、該第２セグメントを通過した透過放射線の強度検出行程と、該第２
セグメントの該スートプリフォーム上への堆積の後の該第２セグメントを透過し
た透過放射線の検出強度及び、該スートプリフォームの測定重量及び厚みパラメ
ータ、に基づいて該第２セグメントのドーパント濃度を測定する行程と、該第１
及び第２セグメントへの透過放射線の照射行程と、該第１及び第２セグメントを
通過した透過放射線の強度検出行程と、第１及び第２セグメントを通過した透過
放射線の検出強度及び、第２セグメント堆積後のスートプリフォームの重量及び
厚みパラメータ、に基づいて第１セグメント中のドーパント濃度を測定する行程
と、を含む。
【０００７】 本発明の別の特徴は、光導波路を形成するために使用されるスートプリフォー
ムの少なくとも一部を構成するスート中のドーパント濃度を測定する装置を含ん
でいる。この装置は、該スートプリフォームの重量を測定する重量測定器と、該
スートプリフォームの厚みパラメータを測定する厚みパラメータ測定器と、透過
放射線を該スートに照射する放射線源と、該スートを通過する透過放射線の強度
を検出する放射線センサと、決定装置と、からなる。この決定装置は、測定され
た質量及び厚みパラメータと、検出された透過放射線の強度とに基づいて、該ス
ート内のドーパント濃度を決定するものである。
ムの少なくとも一部を構成するスート中のドーパント濃度を測定する装置を含ん
でいる。この装置は、該スートプリフォームの重量を測定する重量測定器と、該
スートプリフォームの厚みパラメータを測定する厚みパラメータ測定器と、透過
放射線を該スートに照射する放射線源と、該スートを通過する透過放射線の強度
を検出する放射線センサと、決定装置と、からなる。この決定装置は、測定され
た質量及び厚みパラメータと、検出された透過放射線の強度とに基づいて、該ス
ート内のドーパント濃度を決定するものである。
【０００８】 本発明の、特に好適な実施例は、スート堆積中のプリフォームの重量及び直径
の継続的な測定と、（スート堆積中、または、堆積後における）プリフォームの
Ｘ線減衰の測定と、減衰方程式の解を使ったドーパントの濃度分布の計算と、に
よってスートの密度分布を定量化する。
の継続的な測定と、（スート堆積中、または、堆積後における）プリフォームの
Ｘ線減衰の測定と、減衰方程式の解を使ったドーパントの濃度分布の計算と、に
よってスートの密度分布を定量化する。
【０００９】 前述の概略説明及び以下の詳細な説明は、例示的で且つ説明的であって、特許
請求の範囲に記載した発明を制限するものではないことは理解されるであろう。 添付図面は、本発明の１つの具体例であり、詳細な説明と共に、発明の原理を
説明するものである。
請求の範囲に記載した発明を制限するものではないことは理解されるであろう。 添付図面は、本発明の１つの具体例であり、詳細な説明と共に、発明の原理を
説明するものである。
【００１０】
本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。可能な限り、複数の図面を通して
、同一または類似の部分を参照するときは、同じ参照番号を使用するものとする
。 本発明は、大略、スートプリフォームを重量測定し、該スートプリフォームの
厚みパラメータを測定し、透過放射線を該スートプリフォームへ照射し、該スー
トプリフォームを通過した透過放射線の強度を測定することによって、該スート
プリフォーム内のドーパント濃度を測定するものである。本発明は、測定された
重量、厚みパラメータ、及び強度、を用いて、スートプリフォーム内におけるセ
グメントのドーパント濃度を測定するものである。
、同一または類似の部分を参照するときは、同じ参照番号を使用するものとする
。 本発明は、大略、スートプリフォームを重量測定し、該スートプリフォームの
厚みパラメータを測定し、透過放射線を該スートプリフォームへ照射し、該スー
トプリフォームを通過した透過放射線の強度を測定することによって、該スート
プリフォーム内のドーパント濃度を測定するものである。本発明は、測定された
重量、厚みパラメータ、及び強度、を用いて、スートプリフォーム内におけるセ
グメントのドーパント濃度を測定するものである。
【００１１】 図１〜４は、本発明によるスートプリフォーム１２内のドーパント濃度を測定
する装置１０の好ましい実施例を示している。装置１０は、重量測定器２０、厚
みパラメータ測定器６０、放射線源３０、放射線センサ４０、及び決定装置５０
を含む。 重量測定器２０は、スートプリフォーム１２の重量を測定し、それに応じた
信号を決定装置５０へ出力する。好適な重量測定器２０は、スートプリフォーム
１２が形成されるマンドレル棒１４の一端に接続された抵抗ロードセルを含む。
マンドレル棒１４の他端は、駆動モーター（図示せず）にチャッキングにより固
定されている。
する装置１０の好ましい実施例を示している。装置１０は、重量測定器２０、厚
みパラメータ測定器６０、放射線源３０、放射線センサ４０、及び決定装置５０
を含む。 重量測定器２０は、スートプリフォーム１２の重量を測定し、それに応じた
信号を決定装置５０へ出力する。好適な重量測定器２０は、スートプリフォーム
１２が形成されるマンドレル棒１４の一端に接続された抵抗ロードセルを含む。
マンドレル棒１４の他端は、駆動モーター（図示せず）にチャッキングにより固
定されている。
【００１２】 プリフォームの重量は、スートがレイダウン（laydown）される間において、
連続的に記録される。プリフォームのぶれによる変動は、プリフォームの１回転
若しくは整数回の回転の間に得られた個々のロードセルの読みを平均化すること
で除去される。プリフォームの横位置変動は、プリフォームの横位置変動に同期
した重量取得によって吸収される。換言すれば、重量測定が好ましくは連続的で
あっても、目印若しくは識別子は、各横移動における適当な重量測定の初期位置
に関連付けられ、この初期位置は各測定において同一である。所与のセグメント
のプリフォームの重さは、これらの同期され、平均化された読みの平均である。
セグメントの重さは、前のセグメントからの重量の増加分として観測される。
連続的に記録される。プリフォームのぶれによる変動は、プリフォームの１回転
若しくは整数回の回転の間に得られた個々のロードセルの読みを平均化すること
で除去される。プリフォームの横位置変動は、プリフォームの横位置変動に同期
した重量取得によって吸収される。換言すれば、重量測定が好ましくは連続的で
あっても、目印若しくは識別子は、各横移動における適当な重量測定の初期位置
に関連付けられ、この初期位置は各測定において同一である。所与のセグメント
のプリフォームの重さは、これらの同期され、平均化された読みの平均である。
セグメントの重さは、前のセグメントからの重量の増加分として観測される。
【００１３】 好ましくは、重量測定器２０は、スートプリフォーム１２の形成中にその重量
を多数回測定する。例えば、重量測定器２０は、スートプリフォーム１２の形成
中、所定数のスート層が添加される度に、スートプリフォーム１２の重量を測定
し得る。 厚みパラメーター測定器６０は、スートプリフォーム１２の半径若しくは直径
の如き厚みパラメータを測定する。図１において、厚みパラメータ測定器６０は
、図を簡略化するため右に描かれているが、スートプリフォーム１２の中心部を
測定する方がより好ましい。図２に示されているように、厚みパラメータ測定器
６０は、レーザ射影マイクロメータであり得る。この装置６０は、光ビームを放
出する光源６２と、光源６２から放出された光ビームを検出する検出器６４とを
含むものである。検出された光ビームに基づき、検出器６４は決定装置５０に信
号を出力する。この情報によって、厚みパラメータ、好ましくは、スートプリフ
ォーム１２の半径Ｔが、従来の数学的計算を利用して決定できるのである。この
機能を実行できる市販の装置としては、アンリツ社製 KL-154A及びキーエンス社
製LS-5001がある。
を多数回測定する。例えば、重量測定器２０は、スートプリフォーム１２の形成
中、所定数のスート層が添加される度に、スートプリフォーム１２の重量を測定
し得る。 厚みパラメーター測定器６０は、スートプリフォーム１２の半径若しくは直径
の如き厚みパラメータを測定する。図１において、厚みパラメータ測定器６０は
、図を簡略化するため右に描かれているが、スートプリフォーム１２の中心部を
測定する方がより好ましい。図２に示されているように、厚みパラメータ測定器
６０は、レーザ射影マイクロメータであり得る。この装置６０は、光ビームを放
出する光源６２と、光源６２から放出された光ビームを検出する検出器６４とを
含むものである。検出された光ビームに基づき、検出器６４は決定装置５０に信
号を出力する。この情報によって、厚みパラメータ、好ましくは、スートプリフ
ォーム１２の半径Ｔが、従来の数学的計算を利用して決定できるのである。この
機能を実行できる市販の装置としては、アンリツ社製 KL-154A及びキーエンス社
製LS-5001がある。
【００１４】 厚みパラメータ測定器６０が、スートプリフォーム１２の形成中に、スートプ
リフォーム１２の厚みパラメータを多数回測定することが好ましい。例えば、ス
ートプリフォーム１２の形成中に、所定数のスート層が添加される度にスートプ
リフォーム１２の厚みパラメータを厚みパラメータ測定器６０が測定し得る。さ
らに、重量測定器２０によってスートプリフォームの重量が測定される度に、厚
みパラメータが測定される方がより望ましい。
リフォーム１２の厚みパラメータを多数回測定することが好ましい。例えば、ス
ートプリフォーム１２の形成中に、所定数のスート層が添加される度にスートプ
リフォーム１２の厚みパラメータを厚みパラメータ測定器６０が測定し得る。さ
らに、重量測定器２０によってスートプリフォームの重量が測定される度に、厚
みパラメータが測定される方がより望ましい。
【００１５】 放射線源３０は、スートプリフォーム１２に透過放射線を照射する。ここで使
用した如く、透過放射線の語は、スートの比較的短い距離を浸透および通過可能
な放射線を表すことが意図されている。透過放射線としては、５〜１００KeVの
Ｘ線が好適である。このＸ線源は、スートプリフォーム１２の全断面を照射する
扇形ビームを生成するポイントＸ線管源であっても良い。フィリップス（Philip
s）社製、ケベックス（Kevex）社製、パンタック（Pantak）社製、の如きサイズ
が１０〜５０ミクロンである１００KeVのマイクロフォーカスＸ線管が、放射線
源３０として好ましい。
用した如く、透過放射線の語は、スートの比較的短い距離を浸透および通過可能
な放射線を表すことが意図されている。透過放射線としては、５〜１００KeVの
Ｘ線が好適である。このＸ線源は、スートプリフォーム１２の全断面を照射する
扇形ビームを生成するポイントＸ線管源であっても良い。フィリップス（Philip
s）社製、ケベックス（Kevex）社製、パンタック（Pantak）社製、の如きサイズ
が１０〜５０ミクロンである１００KeVのマイクロフォーカスＸ線管が、放射線
源３０として好ましい。
【００１６】 放射線センサ４０は、スートプリフォーム１２を通過する透過放射線の強度を
検出し、対応した信号を決定装置５０に供給する。図３及び図４に示されている
ように、放射線センサ４０は、約１０センチ×約１０センチ（４インチ×４イン
チ）の蛍光スクリーン４２、及び蛍光スクリーン４２からＣＣＤカメラ４６へ光
パルスを導くテーパ形光ファイバ束４４からなる画素単位検出器、からなる。
検出し、対応した信号を決定装置５０に供給する。図３及び図４に示されている
ように、放射線センサ４０は、約１０センチ×約１０センチ（４インチ×４イン
チ）の蛍光スクリーン４２、及び蛍光スクリーン４２からＣＣＤカメラ４６へ光
パルスを導くテーパ形光ファイバ束４４からなる画素単位検出器、からなる。
【００１７】 図示の簡略化のため、図においては、放射線源３０および放射線センサ４０が
、重量測定器２０及び厚みパラメータ測定器６０に隣接した位置に、つまり、ス
ートが堆積する領域内に描かれている。放射線源３０と放射線センサ４０は、ス
ート堆積領域内に位置し得るので、スートプリフォーム１２の形成中に減衰の測
定をすることができる。しかしながら、放射線源３０と放射線センサ４０は、ス
ート堆積領域外にある方がより好ましく、また、スートプリフォーム形成後にス
ートプリフォーム１２の中心部を縦方向において減衰測定をする方がより好まし
い。
、重量測定器２０及び厚みパラメータ測定器６０に隣接した位置に、つまり、ス
ートが堆積する領域内に描かれている。放射線源３０と放射線センサ４０は、ス
ート堆積領域内に位置し得るので、スートプリフォーム１２の形成中に減衰の測
定をすることができる。しかしながら、放射線源３０と放射線センサ４０は、ス
ート堆積領域外にある方がより好ましく、また、スートプリフォーム形成後にス
ートプリフォーム１２の中心部を縦方向において減衰測定をする方がより好まし
い。
【００１８】 決定装置５０は、重量測定器２０と、厚みパラメータ測定器６０のセンサ６４
と、放射線センサ４０と、から信号を受け取り、スート内のドーパント濃度を決
定する。ドーパント濃度を決定する詳細な方法は、より好ましい透過放射線であ
るＸ線を参照しつつ、以下説明されている。 Ｘ線は、物質を透過する際、吸収（アインシュタインの光電効果）、弾性散乱
（レイリー）、非弾性散乱（コンプトン）されるか、または、影響を受けずに通
過する。強度は厚みに伴い指数関数的に減衰する。 dl = - lμdt （１） ここで、 lは、プリフォームに照射されるＸ線の初期強度、 μは、物質の線形減衰係数で、単位厚さ（cm-1）あたりの減衰、 ｔは、物質を通過するＸ線の経路長、 を表す。
と、放射線センサ４０と、から信号を受け取り、スート内のドーパント濃度を決
定する。ドーパント濃度を決定する詳細な方法は、より好ましい透過放射線であ
るＸ線を参照しつつ、以下説明されている。 Ｘ線は、物質を透過する際、吸収（アインシュタインの光電効果）、弾性散乱
（レイリー）、非弾性散乱（コンプトン）されるか、または、影響を受けずに通
過する。強度は厚みに伴い指数関数的に減衰する。 dl = - lμdt （１） ここで、 lは、プリフォームに照射されるＸ線の初期強度、 μは、物質の線形減衰係数で、単位厚さ（cm-1）あたりの減衰、 ｔは、物質を通過するＸ線の経路長、 を表す。
【００１９】 方程式（１）の積分から、ランバートの法則が導かれる。 l / l0 = exp（-μ t） （２） ここで、 lは、物質を通過したＸ線の測定された強度、 l0は、プリフォームに照射されたＸ線の初期強度、 ｔは、物質を通過したＸ線の経路長（cm）、 である。
【００２０】 線形減衰係数μは、質量減衰係数μmass（cm2/gram）と密度ρ（gram/cm3）の
積である。 μmass = μ/ρ （３） したがって、ランバートの法則は、以下のように書き換えられる。 l / l0 = exp（-μmassρt） （４） 説明の便宜のため、以降に出てくるμは全て、μmassを表わすものとする。
積である。 μmass = μ/ρ （３） したがって、ランバートの法則は、以下のように書き換えられる。 l / l0 = exp（-μmassρt） （４） 説明の便宜のため、以降に出てくるμは全て、μmassを表わすものとする。
【００２１】 化合物（compound）の質量減衰係数は、化合物中の各要素（A,B,…N）に起因
する減衰の、質量の重み付きの和である。 μ(A,B,…N)= （WAμA）+（WBμB）+ ．．．（WNμN）（５） ここで、Ｗは各要素の重さを表す。
する減衰の、質量の重み付きの和である。 μ(A,B,…N)= （WAμA）+（WBμB）+ ．．．（WNμN）（５） ここで、Ｗは各要素の重さを表す。
【００２２】 従って、例えば、シリカ（SiO2）の質量減衰係数は、SiとOの質量が各々0.467
4と0.5326という割合であるから、以下のように決定される。 μSiO2 = 0.4674μSi + 0.5326μO （６）
4と0.5326という割合であるから、以下のように決定される。 μSiO2 = 0.4674μSi + 0.5326μO （６）
【００２３】 方程式（６）は、簡単に解くこができる。これは、要素の質量減衰係数の表が
すでに1993年の放射線研究（Radiation Research）第136巻、第147-170頁のセル
ツァー（ S.M.Seltzer）氏による「フォトン質量エネルギー遷移及び質量エネル
ギー係数の計算（ Calculation of Photon Mass Energy-Transfer and Mass Ene
rgy-Absorption Coefficients）」等に記載されているからである。
すでに1993年の放射線研究（Radiation Research）第136巻、第147-170頁のセル
ツァー（ S.M.Seltzer）氏による「フォトン質量エネルギー遷移及び質量エネル
ギー係数の計算（ Calculation of Photon Mass Energy-Transfer and Mass Ene
rgy-Absorption Coefficients）」等に記載されているからである。
【００２４】 混合物に対する質量減衰係数は、混合物中の要素（1,2,…N）の質量減衰係数
によって重みをつけた質量から計算される。 μmixture = （W1μ1）+（W2μ2）+ ．．．（WNμN） （７） このようにして、GeO2とSiO2を含む混合物では、 μmixture = （WGeO2μGeO2）+（WSiO2μSiO2） （８） ここで、WGeO2 + WSiO2 = 1であるから、方程式（８）は、以下のように書き
換えられる。 μmixture = （WGeO2μGeO2）+（（1 − WGeO2）μSiO2） （９） 方程式（９）を方程式（４）に代入することで、以下の結果が得られる。 l / l0 = exp（-（（WGeO2μGeO2）+（（1 − WGeO2）μSiO2））ρt） （１０）
によって重みをつけた質量から計算される。 μmixture = （W1μ1）+（W2μ2）+ ．．．（WNμN） （７） このようにして、GeO2とSiO2を含む混合物では、 μmixture = （WGeO2μGeO2）+（WSiO2μSiO2） （８） ここで、WGeO2 + WSiO2 = 1であるから、方程式（８）は、以下のように書き
換えられる。 μmixture = （WGeO2μGeO2）+（（1 − WGeO2）μSiO2） （９） 方程式（９）を方程式（４）に代入することで、以下の結果が得られる。 l / l0 = exp（-（（WGeO2μGeO2）+（（1 − WGeO2）μSiO2））ρt） （１０）
【００２５】 被測定物質が、多数のセグメントからなる場合には、スートプリフォーム１２
を通過する放射線の全部分は、各セグメント（1,2,…N）を通過する各部分の積
である。
を通過する放射線の全部分は、各セグメント（1,2,…N）を通過する各部分の積
である。
【００２６】
【数１】
【００２７】
【数２】
【００２８】
【数３】
【００２９】 方程式（1０）と（１３）によってドーパント濃度WGeO2を決定するには、減衰
l / l0と、密度ρと、経路長ｔと、が必要である。装置１０による測定によって
、減衰l / l0と、密度ρと、経路長ｔと、を決定するために必要な全ての情報を
得られる。このようにして、決定装置５０は、スートプリフォーム１２内のドー
パント濃度WGeO2を決定するために、方程式（１０）と（１３）を使うことがで
きる。
l / l0と、密度ρと、経路長ｔと、が必要である。装置１０による測定によって
、減衰l / l0と、密度ρと、経路長ｔと、を決定するために必要な全ての情報を
得られる。このようにして、決定装置５０は、スートプリフォーム１２内のドー
パント濃度WGeO2を決定するために、方程式（１０）と（１３）を使うことがで
きる。
【００３０】 上記した処理においては、単色Ｘ線としている。Ｘ線管の如き多色Ｘ線に対し
ては、多色の出力を"実効波長"とし、単色として扱うか、あるいは、特定のエネ
ルギー間隔（質量減衰係数を適切に選ぶこと）における減衰を考慮して、総和を
取ることで、全減衰を計算することができる。
ては、多色の出力を"実効波長"とし、単色として扱うか、あるいは、特定のエネ
ルギー間隔（質量減衰係数を適切に選ぶこと）における減衰を考慮して、総和を
取ることで、全減衰を計算することができる。
【００３１】 具体例として、図３及び４に示されているSiO2 /GeO2のスートプリフォーム
１２は、セグメント1,2,…N-1,Nを含み、完全に形成されたものである。ここで
使われているように、セグメントなる術語はスートプリフォーム１２の任意の部
分を示す用語であり、各部分の重量と厚みパラメータとは、装置１０によって測
定される重量と厚みパラメータとによって決定される。例えば、単一のスート層
の重量と厚みパラメータとが決定できれば、そのスート層は１つのセグメントを
構成することができる。もちろん、複数のスート層が１つのセグメントを構成し
得る。
１２は、セグメント1,2,…N-1,Nを含み、完全に形成されたものである。ここで
使われているように、セグメントなる術語はスートプリフォーム１２の任意の部
分を示す用語であり、各部分の重量と厚みパラメータとは、装置１０によって測
定される重量と厚みパラメータとによって決定される。例えば、単一のスート層
の重量と厚みパラメータとが決定できれば、そのスート層は１つのセグメントを
構成することができる。もちろん、複数のスート層が１つのセグメントを構成し
得る。
【００３２】 この好適な実施例においては、スートプリフォーム１２の重量と厚みパラメー
タとが重量測定器２０と厚みパラメータ測定器６０とによって各々測定される。
この測定はスートプリフォーム１２にセグメント（1,2,…N-1,N）が添加される
たびに少なくとも行われる。個々のセグメントの重量は、当該セグメントの堆積
前後スートプリフォーム１２の重量の差分として決定される。同様に、個々のセ
グメントの厚みパラメータＴも、当該セグメントの堆積前後のスートプリフォー
ム１２の厚みパラメータの差分として決定される。
タとが重量測定器２０と厚みパラメータ測定器６０とによって各々測定される。
この測定はスートプリフォーム１２にセグメント（1,2,…N-1,N）が添加される
たびに少なくとも行われる。個々のセグメントの重量は、当該セグメントの堆積
前後スートプリフォーム１２の重量の差分として決定される。同様に、個々のセ
グメントの厚みパラメータＴも、当該セグメントの堆積前後のスートプリフォー
ム１２の厚みパラメータの差分として決定される。
【００３３】 装置１０は、最外セグメントＮのドーパント濃度WGeO2(N)を決定することで始
動する。初期においては、セグメントＮによるＸ線減衰l / l0は、図３に示され
ているように、放射線源３０からのＸ線によるセグメントＮへの照射と、放射線
センサ４０によるセグメントＮを通過するＸ線強度の測定と、で決定される。
動する。初期においては、セグメントＮによるＸ線減衰l / l0は、図３に示され
ているように、放射線源３０からのＸ線によるセグメントＮへの照射と、放射線
センサ４０によるセグメントＮを通過するＸ線強度の測定と、で決定される。
【００３４】 単一のスートセグメントＮのみが減衰の原因となっている故、決定装置５０は
、減衰方程式（１０）を解くことで、ドーパント濃度WGeO2(N)を得る。ドーパン
ト濃度WGeO2(N)の決定に際して、方程式（１０）を解くためには、減衰l / l0に
加えて、セグメントＮの密度ρN及び、セグメントＮを通過したＸ線の経路長ｔN が必要である。決定装置５０は、常套的な数学的計算を使って、セグメントＮの
重量と、セグメントＮの厚みパラメータと、（従来の方法（図示せず）で仮定若
しくは測定される）スートプリフォーム１２の長さと、に基づく密度ρNを決定
する。決定装置５０はまた、常套的な数学的計算を使用して、放射線源３０と、
放射線センサ４０と、スートプリフォーム１２との空間的な関係と、スートプリ
フォーム１２の厚さパラメータTNとに基づいて、経路長tNを決定する。
、減衰方程式（１０）を解くことで、ドーパント濃度WGeO2(N)を得る。ドーパン
ト濃度WGeO2(N)の決定に際して、方程式（１０）を解くためには、減衰l / l0に
加えて、セグメントＮの密度ρN及び、セグメントＮを通過したＸ線の経路長ｔN が必要である。決定装置５０は、常套的な数学的計算を使って、セグメントＮの
重量と、セグメントＮの厚みパラメータと、（従来の方法（図示せず）で仮定若
しくは測定される）スートプリフォーム１２の長さと、に基づく密度ρNを決定
する。決定装置５０はまた、常套的な数学的計算を使用して、放射線源３０と、
放射線センサ４０と、スートプリフォーム１２との空間的な関係と、スートプリ
フォーム１２の厚さパラメータTNとに基づいて、経路長tNを決定する。
【００３５】 したがって、決定装置５０は、減衰方程式（１０）を繰り返し解くことで、ド
ーパント濃度WGeO2(N)を決定できる。特に、ドーパント濃度WGeO2(N)の近似値か
ら始めれば、予測される減衰が計算できる。予測された減衰と観測結果の比較後
、ドーパント濃度WGeO2(N)の推定値が調節され、新たな減衰の予測の計算に利用
される。この過程は、予測された減衰と観測結果が一致するまで続けられる。予
測と観測結果が一致した際には、決定装置５０は、セグメントＮのドーパント濃
度WGeO2(N)を決定したことになる。
ーパント濃度WGeO2(N)を決定できる。特に、ドーパント濃度WGeO2(N)の近似値か
ら始めれば、予測される減衰が計算できる。予測された減衰と観測結果の比較後
、ドーパント濃度WGeO2(N)の推定値が調節され、新たな減衰の予測の計算に利用
される。この過程は、予測された減衰と観測結果が一致するまで続けられる。予
測と観測結果が一致した際には、決定装置５０は、セグメントＮのドーパント濃
度WGeO2(N)を決定したことになる。
【００３６】 隣のセグメントＮ−１に移ると、減衰l / l0は、図４に示されているように、
放射線源４０からのＸ線によるセグメントＮとＮ−１とへの照射と、放射線セン
サ４０によるこれらのセグメントを通過したＸ線強度の測定と、により決定され
る。 複数のスートセグメント、Ｎ−１とＮにより減衰が生じる故、決定装置５０は
、減衰方程式（１３）を解くことによりドーパント濃度WGeO2(N-1)を決定する。
ドーパント濃度WGeO2(N-1)のための方程式（１３）を解くためには、減衰l / l0 に加え、密度ρN-1、ρN、経路長tN-1、tN、そしてドーパント濃度WGeO2(N)が必
要となる。上記の単一セグメントＮの場合と同様に、決定装置５０は常套的な数
学的計算を用いて、密度ρN-1、ρN、経路長tN-1、tN（経路長tNはtN(A) とtN(B ) との和）、を決定する。ドーパント濃度WGeO2(N)は、前述のように実行される
決定方法によって得られる。
放射線源４０からのＸ線によるセグメントＮとＮ−１とへの照射と、放射線セン
サ４０によるこれらのセグメントを通過したＸ線強度の測定と、により決定され
る。 複数のスートセグメント、Ｎ−１とＮにより減衰が生じる故、決定装置５０は
、減衰方程式（１３）を解くことによりドーパント濃度WGeO2(N-1)を決定する。
ドーパント濃度WGeO2(N-1)のための方程式（１３）を解くためには、減衰l / l0 に加え、密度ρN-1、ρN、経路長tN-1、tN、そしてドーパント濃度WGeO2(N)が必
要となる。上記の単一セグメントＮの場合と同様に、決定装置５０は常套的な数
学的計算を用いて、密度ρN-1、ρN、経路長tN-1、tN（経路長tNはtN(A) とtN(B ) との和）、を決定する。ドーパント濃度WGeO2(N)は、前述のように実行される
決定方法によって得られる。
【００３７】 したがって、決定装置５０は、減衰方程式（１３）を繰り返し解くことでドー
パント濃度WGeO2(N-1)を決定する。ドーパント濃度WGeO2(N-1)の近似値から始め
れば、予測される減衰が計算される。予測された減衰と観測結果を比較後、ドー
パント濃度WGeO2(N-1)の推定値は調整され、新たな減衰の予測の計算に使用され
る。この過程は、予測された減衰と観測結果が一致するまで続く。予測と観測結
果が一致した時には、決定装置５０は、セグメントＮ−１のドーパント濃度WGeO 2(N-1) が決定されていることになる。 残りのセグメントのドーパント濃度は、同様の過程により、続けて決定される
。
パント濃度WGeO2(N-1)を決定する。ドーパント濃度WGeO2(N-1)の近似値から始め
れば、予測される減衰が計算される。予測された減衰と観測結果を比較後、ドー
パント濃度WGeO2(N-1)の推定値は調整され、新たな減衰の予測の計算に使用され
る。この過程は、予測された減衰と観測結果が一致するまで続く。予測と観測結
果が一致した時には、決定装置５０は、セグメントＮ−１のドーパント濃度WGeO 2(N-1) が決定されていることになる。 残りのセグメントのドーパント濃度は、同様の過程により、続けて決定される
。
【００３８】 上記した本発明は、スートプリフォーム中のドーパント濃度を決定する方法と
装置であり、既知の非破壊的な方法よりもはるかに精度の良い方法であると考え
られる。例えば、本発明によれば、スートの密度分布は相対誤差±5%の範囲内で
、ドーパント濃度は相対誤差±5から10%の範囲内で求められると考えられる。
装置であり、既知の非破壊的な方法よりもはるかに精度の良い方法であると考え
られる。例えば、本発明によれば、スートの密度分布は相対誤差±5%の範囲内で
、ドーパント濃度は相対誤差±5から10%の範囲内で求められると考えられる。
【００３９】 多様な修正及び変形例が、本発明における装置及び方法において、本発明の趣
旨若しくは観点から逸脱することなく得られることは、当業者にとって明らかで
ある。例えば、スートプリフォーム形成後のセグメントのドーパント濃度を決定
する代わりに、各セグメントのスートプリフォーム上への堆積直後に、各セグメ
ントのドーパント濃度を決めることができる。
旨若しくは観点から逸脱することなく得られることは、当業者にとって明らかで
ある。例えば、スートプリフォーム形成後のセグメントのドーパント濃度を決定
する代わりに、各セグメントのスートプリフォーム上への堆積直後に、各セグメ
ントのドーパント濃度を決めることができる。
【００４０】 本発明の他の実施例は、本明細書及びここで開示される発明の実施を考慮する
ことで、当業者にとって明らかである。発明の詳細な説明と実施例は、例示的で
あって、本発明の本来の範囲及び趣旨は請求項により示される。
ことで、当業者にとって明らかである。発明の詳細な説明と実施例は、例示的で
あって、本発明の本来の範囲及び趣旨は請求項により示される。
【図１】本発明による、スートプリフォーム内のドーパント濃度を決定するため
の装置の側面図である。
の装置の側面図である。
【図２】本発明による、厚みパラメータ測定器の図であって、図１の線２−２に
沿った断面図である。
沿った断面図である。
【図３】本発明による、放射線センサによって検出される透過放射線をスートプ
リフォームの第Ｎセグメントへ照射する放射線源の図であって、図１の線３−３
に沿った断面図である。
リフォームの第Ｎセグメントへ照射する放射線源の図であって、図１の線３−３
に沿った断面図である。
【図４】本発明による、放射線センサによって検出される透過放射線をスートプ
リフォームの第Ｎ及び第Ｎ−１セグメントへ照射する放射線源の図であって、図
１の線３−３に沿った断面図である。
リフォームの第Ｎ及び第Ｎ−１セグメントへ照射する放射線源の図であって、図
１の線３−３に沿った断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＬ，Ａ Ｍ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，Ｈ Ｕ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (12)
- 【請求項１】 光導波路形成のために使用されるスートプリフォームの少なくと
も一部を構成するスートのドーパント濃度を測定する方法であって、 前記スートプリフォームの重量を測定する測定ステップと、 前記スートプリフォームの厚みパラメータを測定する測定ステップと、 透過放射線を前記スートに照射する照射ステップと、 該照射されたスートを通過した透過放射線の強度を検出する検出ステップと、 測定された重量、厚みパラメータ、及び透過放射線の検出された強度に基づく
ドーパント濃度を決定する決定ステップと、 からなることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記スートプリフォームの重量を測定する測定ステップは、前記
スートプリフォーム形成の間に、前記スートプリフォームの重量を複数回測定す
るステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記透過放射線は、Ｘ線を含むことを特徴とする請求項１記載の
方法。 - 【請求項４】 前記照射ステップは、前記スートプリフォームが完全に形成され
た後に実施されることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記照射ステップは、前記スートプリフォームの形成における、
スートの各セグメント堆積のステップの後に実施されることを特徴とする請求項
１記載の方法。 - 【請求項６】 前記スートプリフォームの厚みパラメータの測定ステップは、前
記スートプリフォームの形成中に、前記スートプリフォームの厚みパラメータを
複数回測定することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記スートプリフォームを通過する透過放射線の経路長を測定す
るステップを更に含み、透過放射線の検出強度と、測定重量と、該測定された経
路長と、に基づいてドーパント濃度が決定されることを特徴とする請求項１記載
の方法。 - 【請求項８】 光導波路の形成に使用されるスートプリフォームの少なくとも一
部を構成するスートの第１及び第２セグメントのドーパント濃度を測定する方法
であって、 前記スートプリフォーム上に前記第１セグメントを堆積した後に、前記スート
プリフォームの重量を測定する測定ステップと、 前記スートプリフォーム上に前記第１セグメントを堆積した後に、前記スート
プリフォームの厚みパラメータを測定する測定ステップと、 前記スートプリフォーム上に前記第２セグメントを堆積した後に、前記スート
プリフォームの重量を測定する測定ステップと、 前記スートプリフォーム上に前記第２セグメントを堆積した後に、前記スート
プリフォームの厚みパラメータを測定するステップと、 透過放射線を前記第２セグメントに照射する照射ステップと、 前記第２セグメントを通過する透過放射線の強度を検出する検出ステップと、 前記第２セグメントを通過する透過放射線の検出強度、測定重量、及び前記ス
ートプリフォーム上への前記第２セグメント堆積後の前記スートプリフォームの
厚みパラメータ、に基づく第２セグメント内のドーパント濃度を決定するステッ
プと、 前記第１及び第２セグメントへ透過放射線を照射する照射ステップと、 前記第１及び第２セグメントを通過する透過放射線の強度を検出する検出ステ
ップと、 前記第１及び第２セグメントを通過する透過放射線の検出強度、測定重量、及
びスートプリフォーム上への前記第１セグメント堆積後の前記スートプリフォー
ムの厚みパラメータ、に基づく前記第１セグメント内のドーパント濃度を決定す
るステップと、 からなることを特徴とする方法。 - 【請求項９】 前記透過放射線は、Ｘ線を含むことを特徴とする請求項８記載の
方法。 - 【請求項１０】 前記第１セグメント内のドーパント濃度は、前記第１及び第２
セグメントを通過する透過放射線の検出強度、測定重量、前記スートプリフォー
ム上への前記第１セグメント堆積後のスートプリフォームの厚みパラメータ、決
定された前記第２セグメント内のドーパント濃度と、に基づいて決定されること
を特徴とする請求項８記載の方法。 - 【請求項１１】 光導波路の形成に使用されるスートプリフォームの少なくとも
一部を構成するスート内のドーパント濃度を決定する装置であって、 前記スートプリフォームの重量を測定する重量測定器と、 前記スートプリフォームの厚みパラメータを測定する厚みパラメータ測定器と
、 前記スートへ透過放射線を照射する放射線源と、 前記スートを通過する透過放射線の強度を検出する放射線センサと、 測定された重量及び厚みパラメータと、及び透過放射線の検出強度と、に基づ
いて前記スート内のドーパント濃度を決定する決定装置と、 からなることを特徴とする装置。 - 【請求項１２】 前記透過放射線は、Ｘ線を含むことを特徴とする請求項１１記
載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10743198P | 1998-11-06 | 1998-11-06 | |
| US60/107,431 | 1998-11-06 | ||
| PCT/US1999/022680 WO2000028310A2 (en) | 1998-11-06 | 1999-09-29 | Methods and apparatus using attenuation of radiation to determine concentration of material in object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002529732A true JP2002529732A (ja) | 2002-09-10 |
Family
ID=22316603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000581439A Pending JP2002529732A (ja) | 1998-11-06 | 1999-09-29 | 電磁波の減衰を利用して、対象物内の材料濃度を測定する方法及び装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| CN (1) | CN1338047A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US20100169044A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Benefiel John R | Method of Determining Weight Of Segments Of An Item |
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|---|---|---|---|---|
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| US4618975A (en) | 1984-12-21 | 1986-10-21 | At&T Technologies, Inc. | Method and apparatus for analyzing a porous nonhomogeneous cylindrical object |
| IT1204870B (it) * | 1986-05-16 | 1989-03-10 | Ocrim Spa | Dispositivo per la misurazione in continuo della umidita' di prodotti alimentari |
| AU2167500A (en) * | 1998-12-21 | 2000-07-12 | Corning Incorporated | X-ray fluorescent emission analysis to determine material concentration |
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1999
- 1999-09-29 ID IDW00200100990A patent/ID29983A/id unknown
- 1999-09-29 KR KR1020017005657A patent/KR20020011362A/ko not_active Application Discontinuation
- 1999-09-29 BR BR9914573-1A patent/BR9914573A/pt not_active Application Discontinuation
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