JP5539330B2 - 超音波のレーザ発生のためのブロック端末ファイバ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年５月１５日に出願された米国仮特許出願第１２／１２１，５０７号の出願日に関する利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、レーザビームを伝送するための伝送システムに関する。

レーザ伝送システムの例示的な実施形態の概略図である。 図１のレーザ伝送システムを組み込むレーザ超音波検出システムの例示的な実施形態の概略図である。

以下の図面および説明において、同様の部品は、明細書および図面を通じて、それぞれ同一の参照番号で示される。図面は必ずしも原寸に比例して表されていない。本発明のある特定の特徴は、縮尺を誇張して、あるいは、いくらか概略的な形態で示される場合があり、また、従来の要素の詳細の一部は、明確性および簡潔性を目的として図示されていない場合がある。本発明は、様々な形態の諸実施形態の影響を受けやすい。具体的な諸実施形態について、詳しく説明し図示するが、本開示は、本発明の原理に関する具体例とみなされるべきであり、本明細書に例示および記載されるものに限定することは意図しない旨を理解されたい。以下に論じられる諸実施形態の様々な教示は、所望の結果をもたらすために、別々にあるいは任意の好適な組合せで使用されてもよいことを十分に理解されたい。諸実施形態に関する以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照することによって、上述の様々な特性だけでなく、以下にさらに詳しく説明されるその他の特徴および特性が、当業者には容易に明らかになろう。

最初に図１を参照すると、レーザ伝送システム１００の例示的な実施形態は、レンズアセンブリ１０４の入力に動作可能に結合される出力を有するレーザビーム源１０２を含む。レンズアセンブリ１０４の出力は、光透過性ブロック１０６の入力に動作可能に結合される。ブロック１０６の出力は、光ファイバ１０８の一端に結合される。光ファイバ１０８の他端は、光透過性ブロック１１０の入力に結合される。ブロック１１０の出力は、レンズアセンブリ１１２の入力に動作可能に結合される。

例示的な一実施形態において、レーザビーム源１０２は、たとえば３から５ミクロンの範囲の赤外領域の中間にある波長を発生させることができる、たとえばレーザビームなどの従来のレーザビーム源とすることができる。例示的な一実施形態において、レンズアセンブリ１０４および１１２は、レーザビームを収束させるのに好適な従来のレンズアセンブリとすることができる。例示的な一実施形態において、ブロック１０６および１１０は、光ファイバ１０８と同様の屈折率を有し、レーザビーム源１０２によって発生する波長の吸収が最小限である材料で構成される従来の光透過性ブロックであってもよい。例示的な一実施形態において、ブロック１０６および１１０の端部は、たとえば、ボンディング、ケーシング、フュージングまたは光学干渉を最小限にすることができる任意のその他の技法などの従来の方法によって、光ファイバ１０８の対応する端部に結合されてもよい。例示的な一実施形態において、ブロック１０６および１１０の直径は、光ファイバ１０８の直径と比べて非常に大きい。例示的な一実施形態において、ブロック１０６および１１０の直径は、ブロックの長さと光ファイバ１０８の開口数および直径とを考慮すると、レンズアセンブリ１０４および１１２に対して対向する位置のブロックの各端部において、ビーム１０２ａの直径よりも大きい。例示的な一実施形態において、ブロック１０６および１１２の長さは、レンズアセンブリ１０４および１１２の焦点距離に対して有意であり、それにより、レーザビーム１０２ａの直径は、光ファイバ１０８の両端における直径と比べて、ブロックのその各端部で著しく大きくなる。

例示的な一実施形態において、システム１００の動作中に、レーザビーム源１０２は、レーザビーム１０２ａを発生させ、次いで、レンズアセンブリ１０４によってそのレーザビーム１０２ａを収束させる。収束したレーザビーム１０２ａは次いで、ブロック１０６を通過し、ファイバ１０８の一端に入り、通過する。ファイバ１０８の端部の他端から、レーザビーム１０２ａが出て、ブロック１１０に入り、そこを通過する。レーザビーム１０２ａがブロック１１０を通過して、そこから出ていく間に、レーザビームは拡散し、次いで、レンズアセンブリ１１２によって収束する。

ここで、図２を参照すると、例示的な一実施形態において、システム１００は、レーザ超音波システム２００に組み込まれており、このレーザ超音波システム２００において、ブロック１１０およびレンズアセンブリ１１２は、ワークピース２０４と相対的にブロックおよびレンズアセンブリを制御可能に動かすための運動制御システム２０２に動作可能に結合される。また、従来の光検出システム２０６も、システムコントローラ２０８に動作可能に結合されるワークピース２０４に隣接して提供される。例示的な一実施形態において、運動制御システム２０２は、たとえば、ロボットアームを含むことができる。

例示的な一実施形態において、レーザ超音波システム２００の動作中に、システム１００をシステムコントローラ２０８によって操作して、レーザビーム１０２ａをワークピース２０４の表面上に収束させる。例示的な一実施形態では、システム２００の動作中に、運動制御システム２０２を操作して、ワークピース２０４の１つまたは複数の外側表面と相対的にブロック１１０およびレンズアセンブリ１１２を配置および配向してもよい。ワークピース２０４の外側表面により反射された光エネルギーは次いで、光検出システム２０６により検出され、ワークピース２０４を検査するために、よく知られる方法でシステムコントローラ２０８によって処理される。ワークピースのレーザ超音波検査のためにレーザビームエネルギーを使用する設計および動作は、当業者によく知られていると考えられる。

例示的な一実施形態において、ブロック１０６および１１０の直径および長さは、レンズアセンブリ１０４および１１２に対して対抗する位置に配置されるブロックの開放端におけるビーム１０２ａの直径が、光ファイバ１０８の直径よりも約５から１００倍大きくなるように選択される。

本発明の範囲から逸脱することなく、上述のものに変更を行い得ることが理解されよう。さらに、空間的基準は、単に例示を目的とするものであり、上述の構造の具体的な配向または位置に限定するものではない。具体的な諸実施形態を図示し説明してきたが、本発明の趣旨および教示から逸脱することなく、当業者により修正を行うことができる。説明された諸実施形態は、例示的なものにすぎず、限定するものでない。多くの変形形態および修正形態が可能であり、それらは本発明の範囲に属する。したがって、保護の範囲は、記載された諸実施形態には限定されず、以下の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲は、特許請求の範囲の主題の全ての均等物を含む。

Claims (13)

1. レーザビームを伝送するためのシステムであって、
   レーザビーム源と、
   前記レーザビーム源に動作可能に結合される第１のレンズアセンブリと、
   前記第１のレンズアセンブリに動作可能に結合される第１の光透過性ブロックと、
   前記第１の光透過性ブロックに結合される光ファイバの一端と、
   前記光ファイバの他端に結合される第２の光透過性ブロックと、
   前記第２の光透過性ブロックに動作可能に結合される第２のレンズアセンブリと、を備え、
   前記第１の光透過性ブロックおよび第２の光透過性ブロックは、前記光ファイバの屈折率とほぼ同じ屈折率を有する材料で構成されているとともに、これら光透過性ブロックの、前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリに結合している端部における前記レーザビームの直径が前記光ファイバにおける前記レーザビームの直径よりも大きくなるように前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリの焦点距離よりも長いものであるシステム。
2. 前記レーザビーム源が、３から５ミクロンの範囲の波長を有するレーザビーム源を備える、請求項１に記載されるシステム。
3. 前記第１の光透過性ブロックおよび第２の光透過性ブロックのうち少なくとも１つの直径が、前記光ファイバの直径の５倍から１００倍の大きさに及ぶ、請求項１に記載されるシステム。
4. ワークピースに対して前記第２の光透過性ブロックおよび前記第２のレンズアセンブリを制御可能に移動させるための、前記第２の光透過性ブロックおよび前記第２のレンズアセンブリに動作可能に結合される運動制御システムをさらに備える、請求項１に記載されるシステム。
5. レーザビーム源からワークピースへレーザビームを伝送する方法であって、
   第１のレンズアセンブリを使用して、前記レーザビームを収束させることと、
   次いで、前記レーザビームを、第１の光透過性ブロックの中へ入れ、かつこれを通して伝送することと、
   次いで、前記レーザビームを、光ファイバの一端の中へ入れ、かつこれを通して伝送することと、
   次いで、前記光ファイバの他端から前記レーザビームを出して伝送することと、
   次いで、前記レーザを第２の光透過性ブロックの中へ入れ、かつこれを通して伝送することと、
   次いで、第２のレンズアセンブリを使用して、前記レーザビームを収束させることと、を含み、
   前記第１の光透過性ブロックおよび第２の光透過性ブロックは、前記光ファイバの屈折率とほぼ同じ屈折率を有する材料で構成されているとともに、これら光透過性ブロックの、前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリに結合している端部における前記レーザビームの直径が前記光ファイバにおける前記レーザビームの直径よりも大きくなるように前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリの焦点距離よりも長いものである方法。
6. 前記レーザビーム源が、３から５ミクロンの範囲の波長を有するレーザビーム源を備える、請求項５に記載される方法。
7. 前記第１の光透過性ブロックおよび第２の光透過性ブロックのうち少なくとも１つの直径が、前記光ファイバの直径の５倍から１００倍の大きさに及ぶ、請求項５に記載される方法。
8. ワークピースに対して前記第２の光透過性ブロックおよび前記第２のレンズアセンブリを制御可能に移動させることをさらに含む、請求項５に記載される方法。
9. レーザ超音波システムであって、
   レーザビーム源と、
   前記レーザビーム源に動作可能に結合される第１のレンズアセンブリと、
   前記第１のレンズアセンブリに動作可能に結合される第１の光透過性ブロックと、
   前記第１の光透過性ブロックに結合される光ファイバの一端と、
   前記光ファイバの他端に結合される第２の光透過性ブロックと、
   前記第２の光透過性ブロックに動作可能に結合される第２のレンズアセンブリと、
   ワークピースに対して前記第２の光透過性ブロックおよび前記第２のレンズアセンブリを制御可能に配置するための、前記第２の光透過性ブロックおよび前記第２のレンズアセンブリに動作可能に結合される運動制御システムと、
   前記ワークピースから反射した光学エネルギーを検出するための、前記ワークピースに隣接して配置される光検出システムと、
   前記レーザビーム源、前記運動制御システムおよび前記光検出システムの前記動作を制御するための、かつ、前記ワークピースの１つまたは複数の特性を決定するために前記ワークピースから反射した前記光学エネルギーを処理するための、前記レーザビーム源、前記運動制御システムおよび前記光検出システムに動作可能に結合されるコントローラと、を備え、
   前記第１の光透過性ブロックおよび第２の光透過性ブロックは、前記光ファイバの屈折率とほぼ同じ屈折率を有する材料で構成されているとともに、これら光透過性ブロックの、前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリに結合している端部における前記レーザビームの直径が前記光ファイバにおける前記レーザビームの直径よりも大きくなるように前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリの焦点距離よりも長いものであるシステム。
10. ワークピースの１つまたは複数の特性を決定する方法であって、
    レーザビームを発生させることと、
    第１のレンズアセンブリを使用して、前記レーザビームを収束させることと、
    次いで、前記レーザビームを、第１の光透過性ブロックの中へ入れ、かつこれを通して伝送することと、
    次いで、前記レーザビームを、光ファイバの一端の中へ入れ、かつこれを通して伝送することと、
    次いで、前記光ファイバの他端から前記レーザビームを出して伝送することと、
    次いで、前記レーザを第２の光透過性ブロックの中へ入れ、かつこれを通して伝送することと、
    次いで、第２のレンズアセンブリを使用して、前記レーザビームを収束させることと、
    前記ワークピースに対して前記第２の光透過性ブロックおよび前記第２のレンズアセンブリを制御可能に移動させることと、
    前記ワークピースの１つまたは複数の表面に前記レーザビームで衝撃を与えることと、
    前記ワークピースの１つまたは複数の表面からの前記レーザビームの反射を監視することと、
    前記ワークピースの１つまたは複数の特性を決定するために、前記監視された反射を処理することと、を含み、
    前記第１の光透過性ブロックおよび第２の光透過性ブロックは、前記光ファイバの屈折率とほぼ同じ屈折率を有する材料で構成されているとともに、これら光透過性ブロックの、前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリに結合している端部における前記レーザビームの直径が前記光ファイバにおける前記レーザビームの直径よりも大きくなるように前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリの焦点距離よりも長いものである方法。
11. ワークピースに対して、前記第２の光透過性ブロックおよび前記第２のレンズアセンブリを制御可能に移動させることをさらに含む、請求項１０に記載される方法。
12. 前記第１の光透過性ブロックおよび第２の光透過性ブロックの直径は、光ファイバの直径よりも非常に大きいものである請求項１又は請求項９に記載されるシステム。
13. 前記第１の光透過性ブロックおよび第２の光透過性ブロックの直径は、光ファイバの直径よりも非常に大きいものである請求項５又は請求項１０に記載される方法。

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