JP7336036B2 - 光ファイバの検査方法、光ファイバの検査装置、及び光ファイバ巻きボビンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの検査方法、光ファイバの検査装置、及び光ファイバ巻きボビンの製造方法に関する。

従来、光ファイバとして光ファイバ裸線の外周面が被覆層によって被覆される光ファイバが知られている。また、一般的に光ファイバは検査をしたうえで出荷される。光ファイバの検査として、例えば、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）等を用いる光学特性検査と、被覆層の傷等の不良の検査が知られている。例えば、下記特許文献１には、被覆層の不良を検出する検査方法が記載されている。

下記特許文献１の検査方法では、光ファイバがボビンに多層巻きに巻回された巻回体に光を照射し、巻回体で反射する光の像の画像データを取り込み、この画像データに画像処理を施すことで、被覆層の気泡等の不良を検出する。

特許第６５８５０５６号

上記特許文献１の検査方法は、被覆層の気泡等の不良であって、光ファイバの長手方向に部分的に生じる被覆層の不良を検出するものである。しかし、被覆層の不良には、光ファイバの長手方向に連続的に生じるものもある。このような不良として、例えば、被覆層の外周面等の界面が光ファイバの長手方向に沿って波状に湾曲した面となることが挙げられ、このような不良を検出したいとの要望がある。

そこで、本発明は、光ファイバの長手方向に連続的に生じる不良を検出し得る光ファイバの検査方法、光ファイバの検査装置、及び光ファイバ巻きボビンの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的の達成のため、本発明は、光ファイバ裸線及び前記光ファイバ裸線の外周面を被覆する光透過性の被覆層からなる光ファイバの検査方法であって、前記光ファイバがボビンに多層巻きに巻回された巻回体の外周面に指向性を有する照明光を照射する照射ステップと、前記巻回体で反射する前記照明光を受光して当該照明光の像の少なくとも一部を含む画像データを生成する画像データ生成ステップと、前記画像データに基づいて前記像に前記光ファイバの巻回方向に沿って前記照明光の状態が繰り返し変化する縞模様があるか否かを判断する検査ステップと、を備えることを特徴とするものである。

また、上記目的の達成のため、本発明の光ファイバの検査装置は、光ファイバ裸線及び前記光ファイバ裸線の外周面を被覆する光透過性の被覆層からなる光ファイバがボビンに多層巻きに巻回された巻回体の外周面に指向性を有する照明光を照射する照明部と、前記巻回体で反射する前記照明光を受光して当該照明光の像の少なくとも一部を含む画像データを生成する画像データ生成部と、前記画像データに基づいて前記像に前記光ファイバの巻回方向に沿って前記照明光の状態が繰り返し変化する縞模様があるか否かを判断する検査部と、を備えることを特徴とするものである。

この検査方法及び検査装置では、巻回体の外周面に指向性を有する照明光を照射し、巻回体で反射する照明光の像の少なくとも一部を含む画像データを生成する。本発明者は、被覆層における界面が光ファイバの長手方向に沿って波状に湾曲した面である場合、上記のようにして生成される画像データにおける照明光の像に、色や強度といった照明光の状態が光ファイバの巻回方向に沿って繰り返し変化する縞模様が生じ得ることを見出した。この理由は定かではないが、以下のように考えられる。巻回体の外周面は、光ファイバにおける巻回体の最外層に位置する最外部分の被覆層の外周面であり、この被覆層における外側の界面である。光ファイバのこの部分の被覆層の界面で反射する照明光のうち、凹部で反射する光とこの凹部に隣接する凸部で反射する光とでは、伝搬する経路長が異なる。波長の整数倍がこの経路長の差となる特定光が照明光に含まれる場合には、凹部で反射した特定光と凸部で反射した特定光が互いに強度を強め合うように干渉し合う。この経路長の差は凹凸の高さに応じて変化するものであり、一般的に光ファイバの長手方向においてこの凹凸の高さは一定ではない。また、巻回体における光ファイバの巻回方向は光ファイバにおける巻回された部位の長手方向と同じである。このため、上記の干渉が光ファイバの巻回方向において断続的に生じて、反射した照明光の像に、色や強度といった当該照明光の状態が光ファイバの巻回方向に沿って繰り返し変化する縞模様が形成されると考えられる。

また、この検査方法及び検査装置では、被覆層は透光性を有するため、照明光は、光ファイバにおける巻回体の最外層より内側に位置する内側部分にも入射する。このため、この内側部分の被覆層における界面においても、上記の最外部分と同様に照明光の反射が生じて、この反射した照明光の像に縞模様が形成されると考えられる。この内側部分で反射した照明光と上記の最外部分で反射した照明光とが互い重なり合い、これら照明光全体の像に、色や強度といった照明光の状態が繰り返し光ファイバの巻回方向に沿って変化する縞模様が形成されると考えられる。また、照明光は光ファイバにおける上記の最外部分と内側部分とで反射するため、光ファイバが単層巻きとされる場合と比べて巻回体で反射する照明光の光量が多い。このため、この検査方法及び検査装置では、照明光全体の像を含む画像データにおいて上記の縞模様が認識できるように映し出され得ると考えられる。この検査方法及び検査装置では、画像データに基づいてこの縞模様の有無を判断する。このため、この検査方法及び検査装置によれば、光ファイバの長手方向に連続的に生じる不良であって被覆層の界面が波状に湾曲した面であることを検出し得る。

また、上記の検査方法では、前記照射ステップにおいて前記巻回体に前記照明光を照射する方向と前記画像データ生成ステップにおいて前記巻回体で反射する前記照明光を受光する方向とのなす角度が３０°以下であることとしてもよい。

また、上記の検査方法では、前記照明光の波長帯域は、前記照射ステップにおいて前記巻回体に前記照明光を照射する方向と前記画像データ生成ステップにおいて前記巻回体で反射する前記照明光を受光する方向とのなす角度をφ（°）とする場合に、下記式（１）及び（２）で示される所定波長帯域ＷＢ（ｎｍ）において２００ｎｍ以上の幅を有する特定波長帯域を含むこととしてもよい。

本発明者は、このような構成にすることで、被覆層の界面が高さが０.１μｍ以上１．０μｍ以下の凹凸を含む波状の面である場合に、画像データにおける照明光の像に縞模様が生じ得ることを見出した。このため、この検査方法によれば、被覆層の界面がこのような波状の面であることを検出し得る。

この場合、前記特定波長帯域は、前記所定波長帯域ＷＢにおいて３００ｎｍ以上の幅を有することとしてもよい。

本発明者は、このような構成にすることで、被覆層の界面が高さが０.１μｍ以上１．０μｍ以下の凹凸を含む波状の面である場合に、画像データにおける照明光の像に縞模様がより生じ得ることを見出した。このため、この検査方法によれば、被覆層の界面がこのような波状の面であるか否かをより適切に検査し得る。

上記の検査方法では、前記被覆層は、多層構造であることとしてもよい。

このような構成にすることで、巻回体に照射する照明光は、被覆層を構成する複数の層間の界面で反射し得る。このため、この層間の界面が光ファイバの長手方向に沿って波状に湾曲した面である場合、この凹凸に起因する縞模様が巻回体で反射する照明光の像に含まれるようにし得る。従って、この検査方法によれば、被覆層を構成する複数の層における界面が波状に湾曲した面であることを検出し得る。

また、本発明の光ファイバ巻きボビンの製造方法は、光ファイバ裸線及び前記光ファイバ裸線の外周面を被覆する光透過性の被覆層からなる光ファイバをボビンに多層巻きに巻回する巻回工程と、上記の光ファイバの検査方法によって前記ボビンに巻回された前記光ファイバを検査する検査工程と、を備えることを特徴とするものである。

以上のように、本発明によれば、光ファイバの長手方向に連続的に生じる不良を検査し得る光ファイバの検査方法、光ファイバの検査装置、及び光ファイバ巻きボビンの製造方法が提供される。

本発明の実施形態に係る光ファイバの検査方法によって検査される光ファイバがボビンに巻回された巻回体を概略的に示す図である。 図１に示す光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。 本実施形態における検査装置を概略的に示す図である。 光ファイバ巻きボビン及び照明部を図３と異なる方向から見る図である。 本実施形態に係る光ファイバの検査方法の手順を示すフローチャートである。 巻回体で反射する照明光の像の一部を含む画像の一例を模式的に示す図である。 巻回体における照明光の反射の様子を模式的に示す断面図である。 本実施形態に係る光ファイバ巻きボビンの製造方法の工程を示すフローチャートである。 光ファイバ巻きボビンの製造の様子を示す図である。 照明光の波長と被覆層の界面の凹凸の高さとの関係を示す図である。

以下、本発明に係る光ファイバの検査方法、光ファイバの検査装置、光ファイバ巻きボビンの製造方法を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。

図１は、本実施形態に係る光ファイバの検査方法によって検査される光ファイバがボビンに巻回された巻回体を概略的に示す図であり、ボビンと当該ボビンに巻回された光ファイバとから成る光ファイバ巻きボビンを概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態のボビン２０は、円筒状のシャフト２１と、第１フランジ２２と、第２フランジ２３と、リブ２４とを有する。第２フランジ２３はシャフト２１の一端部に設けられ、リブ２４はシャフト２１の他端部に設けられ、第１フランジ２２は第２フランジ２３とリブ２４との間に設けられる。

シャフト２１における第１フランジ２２と第２フランジ２３との間には、光ファイバ１の長手方向における一方側が多層巻きに巻回される。また、光ファイバ１の長手方向における他方側は、第１フランジ２２に設けられる図示しない切り欠きを介してシャフト２１における第１フランジ２２とリブ２４との間に導出され、この部位に多層巻きに巻回される。このようにボビン２０に光ファイバ１が多層巻きに巻回されることで巻回体３０が形成され、ボビン２０と光ファイバ１とから光ファイバ巻きボビン７０が構成される。なお、シャフト２１における中心軸２１ａに沿った断面では、光ファイバ１は中心軸２１ａと平行な方向及び中心軸２１ａと垂直な方向に並ぶ。

なお、巻回体３０は、光ファイバ１がボビン２０に多層巻きに巻回される構成であればよく、特に制限されない。例えば、巻回体３０は、シャフト２１における第１フランジ２２と第２フランジ２３との間のみに光ファイバ１が多層巻きに巻回される構成であってもよい。この場合、シャフト２１にはリブ２４が形成されなくてもよく、第１フランジ２２は、シャフト２１における第２フランジ２３側と反対側の端部に位置していてもよい。

図２は、図１に示す光ファイバ１の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。図２に示すように、光ファイバ１は、光ファイバ裸線１Ｎ、及び光ファイバ裸線１Ｎの外周面を被覆する被覆層１２からなる。本実施形態の光ファイバ裸線１Ｎは、コア１０、及びコア１０の外周面を囲うクラッド１１からなる。光ファイバ１の長手方向と垂直な断面でのコア１０の外形は円形とされ、当該コア１０はクラッド１１の中心に配置されている。なお、この断面でのクラッド１１の外形は楕円形や多角形等の非円形とされもよく、光ファイバ裸線１Ｎは、複数のコア１０を有していてもよい。

コア１０の屈折率はクラッド１１の屈折率よりも高くされる。本実施形態では、コア１０はゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率が高くなるドーパントが添加されたシリカガラスからなり、クラッド１１は何ら添加物の無いシリカガラスからなる。なお、コア１０は屈折率が高くなるドーパントが添加されたシリカガラスからなり、クラッド１１はフッ素（Ｆ）等の屈折率が低くなるドーパントが添加されたシリカガラスからなっていてもよい。また、コア１０は何ら添加物の無いシリカガラスからなり、クラッド１１は屈折率が低くなるドーパントが添加されたシリカガラスからなっていてもよい。

被覆層１２は、少なくとも後述する照明光を透過する光透過性を有する樹脂からなる。被覆層１２を構成する樹脂として、例えば熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂が挙げられる。本実施形態では、被覆層１２は、着色顔料を有さず、クラッド１１の外周面を被覆する内側層１２ａと、内側層１２ａの外周面を被覆する外側層１２ｂとからなる２層構造とされる。なお、被覆層１２における層の数は、特に限定されるものではなく、被覆層１２は３つ以上の樹脂の層からなる多層構造であってもよく、クラッド１１の外周面を被覆する１つの樹脂の層からなる単層構造とされてもよい。

次に、本実施形態における光ファイバ１の検査装置について説明する。

図３は、本実施形態における検査装置を概略的に示す図であり、ボビン２０のシャフト２１の中心軸２１ａと平行な方向から見る図である。図３に示すように、検査装置４０は、照明部５０と、画像データ生成部５５と、検査部６０と、表示部６５と、制御部ＣＯと、を主な構成として備える。光ファイバ巻きボビン７０は、載置面３５に第１フランジ２２及び第２フランジ２３の外縁が当接するように当該載置面３５に載置され、検査装置４０は、巻回体３０を構成する光ファイバ１の被覆層１２の不良を検出する。

制御部ＣＯは、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置を用いることができる。また、制御部ＣＯは、ＮＣ装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。以下に説明するように、検査装置４０の幾つかの構成が制御部ＣＯによって制御される。

照明部５０は、巻回体３０の外周面３０ｓに指向性を有する照明光Ｌを照射するように構成される。図４は、光ファイバ巻きボビン７０及び照明部５０を図３と異なる方向から見る図であり、シャフト２１の中心軸２１ａと垂直かつ水平方向と平行な方向から見る図である。図３、図４に示すように、本実施形態では、照明部５０は、中心軸２１ａと平行な方向に並べられた複数の光源５１を備えるバー照明とされる。照明部５０は、巻回体３０を上方から見る場合にそれぞれの光源５１の光軸５１ａと巻回体３０の外周面３０ｓとの交点が中心軸２１ａ上または中心軸２１ａの近傍に位置するように、巻回体３０の上方に配置される。なお、上記の交点における外周面３０ｓの接線と光軸５１ａとのなす角は３０°以下であることが好ましい。また、図４では、光軸５１ａの記載が省略されている。照明部５０は、制御部ＣＯからの制御信号により、それぞれの光源５１から照明光Ｌを出射し、この照明光Ｌを巻回体３０の外周面３０ｓに照射する。本実施形態では、外周面３０ｓにおける照明光Ｌが照射される領域は、中心軸２１ａと概ね平行で光ファイバ１の巻回方向と概ね垂直な方向に延びるライン状となり、外周面３０ｓにおける上方側の領域を横切っている。このように巻回体３０に照射される照明光Ｌの一部は巻回体３０で反射する。

なお、指向性を有する光は、例えば、指向角が±４０°以下の光源から出射する光における当該指向角内の光であり、指向角は、半値角や半減角と言われることがある。また、光源５１の光軸５１ａは、光源５１から出射する光のうち強度が最も強い光の出射方向と平行で当該光が出射する部位を通る直線である。本実施形態の光源５１は、ＬＥＤとされ、白色の指向性を有する照明光Ｌを出射するが、照明光Ｌの色は特に制限されない。

なお、照明部５０は、巻回体３０の外周面３０ｓに指向性を有する照明光Ｌを照射すればよく、照明部５０の構成、照明光Ｌの波長帯域の範囲、光源５１の種類は特に制限されない。例えば、照明部５０は、光源５１に対応するコリメートレンズを更に備え、光源５１から出射する光をコリメートレンズでコリメートしてもよい。また、照明部５０は、スリットが形成され光源５１を覆う遮光板を更に備えていてもよい。この場合、スリットは、光源５１から出射する光の一部が通過するとともに通過した光が上記の指向角となるような形状とされる。

画像データ生成部５５は、複数の受光素子が配列される図示しない撮像素子を有し、光を取り込む入射面５５ｓから入射して撮像素子の受光面に映し出される光の像の画像データを生成するように構成される。この画像データは、それぞれの受光素子で受光される光の強度や色等を示す複数の画素データから構成され、撮像素子の受光面に入射する光の強度や色等の分布を示す情報である。このような画像データ生成部５５として、例えば、撮像素子としてＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを備えるカメラが挙げられる。画像データ生成部５５は、巻回体３０で反射する照明光Ｌが撮像素子の受光面に入射して当該受光面に照明光Ｌの像が映し出されるように配置される。本実施形態では、画像データ生成部５５は、二次元の画像データを生成するように構成され、巻回体３０の上方に配置される。入射面５５ｓの中心を通り当該入射面５５ｓに垂直な直線５５ａは、巻回体３０の外周面３０ｓにおける照明光Ｌが照射される領域を通る。この領域と直線５５ａとの交点は第１フランジ２２と第２フランジ２３との間に位置している。このため、上記の受光面には、巻回体３０のうち第１フランジ２２と第２フランジ２３との間で反射する照明光Ｌの像の少なくとも一部が映し出される。また、中心軸２１ａに沿って見る場合における直線５５ａと光源５１の光軸５１ａとのなす角度は、３０°以下である。このため、照明部５０が巻回体３０に照明光Ｌを照射する方向と画像データ生成部５５が巻回体３０で反射する照明光Ｌを受光する方向とのなす角度が３０°以下であると理解できる。

なお、画像データ生成部５５は、巻回体３０で反射する照明光Ｌの像の少なくとも一部を含む画像データを生成できればよく、画像データ生成部５５の構成、配置、向きは特に制限されるものではない。例えば、画像データ生成部５５は、巻回体３０で反射する照明光Ｌの像の全体を含む画像データを生成できるように構成されてもよい。また、照明部５０が巻回体３０に照明光Ｌを照射する方向と画像データ生成部５５が巻回体３０で反射する照明光Ｌを受光する方向とのなす角度が３０°より大きくてもよい。

本実施形態の検査部６０は、画像データ生成部５５から入力される画像データに基づいて、光ファイバ１の被覆層１２の不良の有無を判断し、当該判断に応じた電気信号を制御部ＣＯに出力する。本実施形態の検査部６０は、機械学習によって予め構築される学習モデルを用いてこの判断を行うが、当該判断については後述する。このような検査部６０の構成として、例えば、制御部ＣＯと同様の構成が挙げられる。

表示部６５は、検査部６０による不良の有無の判断に基づく検査結果を表示する。表示部６５として、例えば液晶ディスプレイが挙げられる。

次に、本実施形態の光ファイバ１の検査方法について説明する。

図５は、本実施形態に係る光ファイバ１の検査方法の手順を示すフローチャートである。図５に示すように、本実施形態の光ファイバ１の検査方法は、照射ステップＳ１と、画像データ生成ステップＳ２と、検査ステップＳ３と、を備える。

＜照射ステップＳ１＞
本ステップは、巻回体３０の外周面３０ｓに指向性を有する照明光Ｌを照射するステップである。本実施形態では、照明部５０は、制御部ＣＯからの制御信号により、光源５１から照明光Ｌを出射し、当該照明光Ｌを巻回体３０の外周面３０ｓに照射する。この照明光Ｌの一部は、巻回体３０で反射する。

＜画像データ生成ステップＳ２＞
本ステップは、巻回体３０で反射する照明光Ｌを受光して当該照明光Ｌの像の少なくとも一部を含む画像データを生成するステップである。本実施形態では、上記のように、画像データ生成部５５は、巻回体３０で反射する照明光Ｌの像の少なくとも一部が撮像素子の受光面に映し出されるように配置されている。この画像データ生成部５５は、制御部ＣＯからの信号により、巻回体３０で反射する照明光Ｌの像の少なくとも一部を含む画像データを生成し、当該画像データを検査部６０に出力する。

本発明者は、光ファイバ１の被覆層１２における界面が光ファイバ１の長手方向に沿って波状に湾曲した面である場合、上記のようにして生成される画像データにおける照明光の像に光ファイバ１の巻回方向に沿って照明光の状態が繰り返し変化する縞模様が生じ得ることを見出した。

図６は、巻回体３０で反射する照明光Ｌの像の一部を含む画像の一例を模式的に示す図であり、この像に縞模様が生じた画像を示す図である。この画像は、画像データ生成部５５によって生成される画像データに基づく画像であり、図６において、光ファイバ１の巻回方向は上下方向と概ね平行である。図６に示される照明光Ｌの像ＩＭのうち、領域ＡＲ１は光の強度が最も高い領域であり、領域ＡＲ２は領域ＡＲ１より光の強度が低い領域である。これら領域ＡＲ１，ＡＲ２の色は概ね白色である。領域ＡＲ１は光ファイバ１の巻き方向において領域ＡＲ２に挟まれている。この領域ＡＲ２内には、複数の縞模様ＳＰが形成されている。これら縞模様ＳＰは、光ファイバ１の巻回方向に沿って色や強度といった照明光Ｌの状態が繰り返し変化する縞模様である。

上記の縞模様ＳＰが映し出される理由は定かではないが、以下のように考えられる。図７は、巻回体３０における照明光Ｌの反射の様子を模式的に示す断面図であり、巻回体３０の外周面３０ｓの近傍を拡大して示す断面図であり、光ファイバ１の巻回方向に沿った断面図である。巻回体３０の外周面３０ｓは、光ファイバ１における巻回体３０の最外層に位置する最外部分の被覆層１２の外周面１２ｓであり、この外周面１２ｓは被覆層１２における外側の界面である。図７に示すように、この最外部分の外周面１２ｓで反射する照明光Ｌのうち、凹部１２ｓｃで反射する光Ｌｃとこの凹部１２ｓｃに隣接する凸部１２ｓｓで反射する光Ｌｓとでは、伝搬する経路長が異なる。これら光Ｌｃ，Ｌｓの入射角と反射角と足し合わせた角度をφ（°）、凹凸の高さをｄ（μｍ）とすると、これら光Ｌｃ，Ｌｓの経路長の差は、概ね２ｄ・ｓｉｎ（（１８０°－φ）／２）となる。なお、画像データ生成部５５は巻回体３０で反射する照明光Ｌを受光するため、上記の角度φは、照明部５０が巻回体３０に照明光Ｌを照射する方向と画像データ生成部５５が巻回体３０で反射する照明光Ｌを受光する方向とのなす角度と理解できる。光Ｌｃ，Ｌｓの波長をλ（ｎｍ）とすると、上記の経路長の差が下記式（３）の関係となる場合、これら光Ｌｃ，Ｌｓ光が互いに強度を強め合うように干渉し合う。なお、ｎは自然数である。

つまり、経路長の差が光Ｌｃ，Ｌｓの波長の整数倍である場合、換言すれば照明光Ｌがこのような波長の光Ｌｃ，Ｌｓ光を含む場合には、これら光Ｌｃ，Ｌｓ光が互いに強度を強め合うように干渉し合う。

この経路長の差は凹凸の高さｄに応じて変化するものであり、一般的に光ファイバの長手方向においてこの凹凸の高さｄは一定ではない。また、巻回体３０における光ファイバ１の巻回方向は光ファイバ１における巻回された部位の長手方向と同じである。このため、上記の干渉が光ファイバ１の巻回方向において断続的に生じて、反射した照明光Ｌの像に、色や強度といった当該照明光Ｌの状態が光ファイバの巻回方向に沿って繰り返し変化する縞模様が形成されると考えられる。

また、本実施形態では、被覆層１２は透光性を有するため、照明光Ｌは、光ファイバ１における巻回体３０の最外層に位置する最外部分より内側に位置する内側部分にも入射する。このため、この内側部分の被覆層１２の界面である外周面１２ｓにおいても、上記の最外部分と同様に照明光Ｌの反射が生じて、この反射した照明光Ｌの像に縞模様が形成されると考えられる。この内側部分で反射した照明光Ｌと上記の最外部分で反射した照明光Ｌとが互い重なり合い、これら照明光Ｌ全体の像に、色や強度といった照明光Ｌの状態が繰り返し光ファイバの巻回方向に沿って変化する縞模様が形成されると考えられる。また、照明光Ｌは光ファイバ１における上記の最外部分と内側部分とで反射するため、光ファイバ１が単層巻きとされる場合と比べて巻回体３０で反射する照明光Ｌの光量が多い。このため、本実施形態では、照明光Ｌ全体の像を含む画像データにおいて上記の縞模様が認識できるように映し出され得ると考えられる。

ここで、上記式（３）によれば、光Ｌｃ，Ｌｓの波長に応じて、このような干渉が生じる凹凸の高さｄが異なることが分かる。上記のように、一般的に光ファイバの長手方向においてこの凹凸の高さｄは一定ではなく、本実施形態では、巻回体３０に照射される照明光Ｌは白色である。このため、例えば、青色の光による縞模様や赤色の光による縞模様が画像データに映し出され得る。このため、光ファイバ１の巻回方向に沿って繰り返し色が変化する縞模様が画像データに映し出され得る。なお、例えば照明光Ｌが青色の場合には、青色の光の強度が光ファイバ１の巻回方向に沿って繰り返し増加及び減少するように変化する縞模様が画像データに映し出され得る。

＜検査ステップＳ３＞
本ステップは、画像データ生成ステップＳ２で生成された画像データに基づいて、巻回体３０で反射する照明光Ｌの像ＩＭに光ファイバ１の巻回方向に沿って照明光Ｌの状態が繰り返し変化する縞模様ＳＰがあるか否かを判断するステップである。本実施形態では、検査部６０は、機械学習によって予め構築される学習モデルを用いてこの縞模様ＳＰの有無を判断する。本実施形態の学習モデルは、上記の画像データ生成ステップＳ２と同様にして生成される複数の画像データであって、被覆層１２の外周面１２ｓが波状に湾曲した面であることに起因する縞模様ＳＰが映し出された複数の学習用画像データによって構築される。このため、この学習モデルを構築する機械学習は教師あり学習である。検査部６０は、画像データ生成ステップＳ２で生成された画像データにおける照明光Ｌの像ＩＭに縞模様ＳＰがあると判断する場合、被覆層１２に不良があることを示す信号を制御部ＣＯに出力する。一方、検査部６０は、縞模様ＳＰがないと判断する場合、被覆層１２に不良がないことを示す信号を制御部ＣＯに出力する。

なお、学習用画像データは、特に制限されるものではない。学習用画像データは、例えば、被覆層１２の外周面が不良となるような波状に湾曲した面ではない光ファイバ１による巻回体３０を用いて生成された画像データであって、照明光Ｌの像ＩＭに縞模様ＳＰが含まれない複数の良品画像データを更に含んでいてもよい。また、学習用画像データを適宜変更することで、検査部６０による縞模様ＳＰの有無の判断基準を調節することができ、例えば、縞模様ＳＰにおける光の強度の変化量が所定量以上の場合に縞模様ＳＰがあると検査部６０が判断するようにできる。

制御部ＣＯは、検査部６０から入力する信号に応じた制御信号を表示部６５に出力し、当該表示部６５に検査結果を表示させる。このようにして、光ファイバ１の被覆層１２の不良であって、被覆層１２の界面である外周面１２ｓが光ファイバ１の長手方向に沿って波状に湾曲した面となっているか否かを検査する。

次に、本実施形態における光ファイバ巻きボビンの製造方法について説明する。

図８は、本実施形態に係る光ファイバ巻きボビンの製造方法の工程を示すフローチャートであり、図９は光ファイバ巻きボビンの製造の様子を示す図である。図８に示すように、本実施形態の光ファイバ巻きボビンの製造方法は、光ファイバ製造工程Ｐ１と、巻回工程Ｐ２と、検査工程Ｐ３と、を備える。

＜光ファイバ製造工程Ｐ１＞
本工程の準備段階として、まず、コア１０となるロッド状のコアガラス体とロッド状のコアガラス体の外周面を囲いクラッド１１となるクラッドガラス体とから成る概ね円柱状の光ファイバ用母材１Ｐを準備する。そして、図９に示すように、この光ファイバ用母材１Ｐを紡糸炉１１０設置し、紡糸炉１１０の加熱部１１１を発熱させてこの光ファイバ用母材１Ｐを加熱する。このとき、光ファイバ用母材１Ｐの下端部は溶融状態となり、当該下端部からガラス線が引き出される。この線引きされたガラス線は、紡糸炉１１０から出ると、すぐに固化して、コアガラス体がコア１０となり、クラッドガラス体がクラッド１１となり、コア１０とクラッド１１とから構成される光ファイバ裸線１Ｎとなる。このようにして、光ファイバ用母材１Ｐから線引きされる光ファイバ裸線１Ｎは、冷却装置１２０を通過して、適切な温度まで冷却される。

次に、第１塗布部１３１によってこの光ファイバ裸線１Ｎの外周面に被覆層１２の内側層１２ａとなる樹脂を塗布し、第１硬化部１３２によって当該樹脂を硬化することで、クラッド１１の外周面を被覆する内側層１２ａを形成する。また、第２塗布部１３３によって内側層１２ａの外周面に被覆層１２の外側層１２ｂとなる樹脂を塗布し、第２硬化部１３４によって当該樹脂を硬化することで、内側層１２ａの外周面を被覆する外側層１２ｂを形成する。その結果、光ファイバ裸線１Ｎは図２に示す光ファイバ１となる。なお、第１硬化部１３２及び第２硬化部１３４は、例えば、硬化させる樹脂が硬化性樹脂の場合には当該樹脂に紫外線を照射する構成とされ、硬化させる樹脂が熱硬化性樹脂の場合には当該樹脂に熱を加える構成とされる。

＜巻回工程Ｐ２＞
本工程は、光ファイバをボビンに多層巻きに巻回する工程である。図９に示すように、本実施形態では、ターンプーリー１４０により光ファイバ１の方向を変換し、巻き取り部１５０によってボビン２０を中心軸２１ａ周りに回転することで、光ファイバ１をボビン２０に巻き取り、当該光ファイバ１をボビン２０に多層巻きに巻回する。このようにして光ファイバ１をボビン２０に多層巻きに巻回することで、巻回体３０が形成され、ボビン２０と当該ボビン２０に巻回された光ファイバ１とから成る光ファイバ巻きボビン７０が得られる。

＜検査工程Ｐ３＞
本工程は、前述の光ファイバの検査方法によってボビン２０に巻回された光ファイバ１を検査する検査工程である。図９に示すように、本実施形態では、前述の検査装置４０の照明部５０及び画像データ生成部５５がボビン２０の上方に配置されており、当該検査装置４０によって、巻回工程Ｐ２中に光ファイバ１を検査する。本実施形態では、照明部５０は巻回工程Ｐ２中に巻回体３０の外周面３０ｓに照明光Ｌを連続して照射し、画像データ生成部５５は、巻回工程Ｐ２中に所定の時間間隔で照明光Ｌの像ＩＭの少なくとも一部を含む画像データを生成する。また、検査部６０は、画像データ生成部５５によって生成されるそれぞれの画像データに基づいて、像ＩＭに縞模様ＳＰがあるか否かを判断し、当該判断に基づく検査結果が表示部６５に表示される。こうして、検査された光ファイバ巻きボビン７０が製造される。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバ１の検査方法は、照射ステップＳ１と、画像データ生成ステップＳ２と、検査ステップＳ３と、を備える。光ファイバ１は、光ファイバ裸線１Ｎと光ファイバ裸線１Ｎの外周面を被覆する光透過性の被覆層１２からなる。照射ステップＳ１では、光ファイバ１がボビン２０に多層巻きに巻回された巻回体３０の外周面３０ｓに指向性を有する照明光Ｌを照射する。画像データ生成ステップＳ２では、巻回体３０で反射する照明光Ｌを受光して当該照明光Ｌの像ＩＭの少なくとも一部を含む画像データを生成する。検査ステップＳ３では、この画像データに基づいて像ＩＭに光ファイバ１の巻回方向に沿って照明光Ｌの状態が繰り返し変化する縞模様ＳＰがあるか否かを判断する。

また、本実施形態の光ファイバ１の検査装置４０は、照明部５０と、画像データ生成部５５と、検査部６０と、を備える。照明部５０は、光ファイバ裸線１Ｎと光ファイバ裸線１Ｎの外周面を被覆する光透過性の被覆層１２からなる光ファイバ１がボビン２０に多層巻きに巻回された巻回体３０の外周面３０ｓに指向性を有する照明光Ｌを照射する。画像データ生成部５５は、巻回体３０で反射する照明光Ｌを受光して当該照明光Ｌの像ＩＭの少なくとも一部を含む画像データを生成する。検査部６０は、この画像データに基づいて像ＩＭに光ファイバ１の巻回方向に沿って照明光Ｌの状態が繰り返し変化する縞模様ＳＰがあるか否かを判断する。

前述のように本発明者は、被覆層１２の界面が光ファイバ１の長手方向に沿って波状に湾曲した面である場合、上記のようにして生成される画像データにおける照明光Ｌの像ＩＭに光ファイバ１の巻回方向に沿って照明光Ｌの状態が繰り返し変化する縞模様ＳＰが生じ得ることを見出した。そして、本実施形態の検査方法及び検査装置４０では、画像データにおけるこの縞模様ＳＰの有無を判断する。従って、本実施形態の検査方法及び検査装置４０によれば、光ファイバ１の長手方向に連続的に生じる不良であって被覆層１２の界面である外周面１２ｓが波状に湾曲した面であることを検出し得る。

ここで、図１０は、照明光Ｌの波長と被覆層１２の界面の凹凸の高さｄとの関係を示す図であり、上記式（３）を満たすこれらの関係を示す図である。なお、図１０には、ｎが１，２，３である場合のそれぞれにおいて、角度φが１０°，２０°，３０°であるときの上記式（３）を満たす波長λと凹凸の高さｄとの関係が示されている。上記式（３）において、ｎ＝１，ｄ＝０．１（μｍ），φ＝３０（°）の場合のλは概ね１９３ｎｍであり、ｎ＝３，ｄ＝１．０（μｍ），φ＝３０（°）の場合のλは概ね６４４ｎｍである。なお、図１０には、λ＝１９３ｎｍ，６４４ｎｍを示す破線も記載されている。図１０から、例えば、照明光Ｌの波長帯域が所定波長帯域である１９３ｎｍ～６４４ｎｍを含み、φ＝３０（°）のとき、被覆層１２の界面である外周面１２ｓが高さが０．１μｍ以上１．０μｍ以下の凹凸を含む波状の面である場合に、１，２，３次干渉の少なくとも１つによって画像データにおける照明光Ｌの像ＩＭに縞模様ＳＰが生じ得る。なお、１次干渉はｎ＝１の場合であり、２，３次干渉はｎ＝２，３の場合である。従って、被覆層１２の外周面１２ｓがこの範囲の凹凸を含む面であるか否かを検査する場合、照明光Ｌの波長帯域は上記の所定波長帯域を含むことが好ましい。なお、この所定波長帯域は、角度φによって変化する。そして、照明光Ｌの波長帯域は、下記式（１）及び下記式（２）で示される所定波長帯域ＷＢを含むことが好ましい。なお、式（１）は式（３）において、ｎ＝１，ｄ＝０.１μｍ（１００ｎｍ）としたときの関係式であり、式（２）は式（３）において、ｎ＝３，ｄ＝１．０μｍ（１０００ｎｍ）としたときの関係式である。また、式（１）及び式（２）でのＷＢの単位はｎｍである。

なお、外周面１２ｓに生じる凹凸の高さは光ファイバ１の長手方向において一定ではない。例えば、外周面１２ｓの凹凸の高さが０．１μｍから１.０μｍの範囲のいずれかを含む場合、外周面１２ｓの凹凸の高さは少なくとも０．１μｍから１.０μｍの範囲で変化する傾向にある。このため、０．１μｍから１.０μｍの範囲における一部の範囲の凹凸を検出できれば、０．１μｍから１.０μｍの凹凸が生じていることを推定し得る。例えば、照明光Ｌの波長帯域は、上記の所定波長帯域ＷＢにおいて２００ｎｍ以上の幅を有する特定波長帯域を含むこととしてもよい。この場合には、０．１μｍから１.０μｍの範囲における概ね５０％程度の範囲の凹凸を検出でき、０．１μｍから１.０μｍの凹凸が生じているか否かを概ね検査し得る。なお、上記の特定波長帯域は、３００ｎｍ以上の幅を有することがより好ましい。この場合には、０．１μｍから１.０μｍの範囲における概ね８０％程度の範囲の凹凸を検出でき、０．１μｍから１.０μｍの凹凸が生じているか否かをより適切に検査し得る。

また、本実施形態では、被覆層１２は、内側層１２ａと外側層１２ｂからなる２層構造である。このため、巻回体３０に照射する照明光Ｌは、内側層１２ａと外側層１２ｂとの界面で反射し得る。このため、この層間の界面が光ファイバ１の長手方向に沿って波状に湾曲した面である場合、上記の外周面１２ｓと同様に、この凹凸に起因する縞模様が巻回体３０で反射する照明光Ｌの像ＩＭに含まれるようにし得る。従って、本実施形態の検査方法及び検査装置４０によれば、被覆層１２を構成する内側層１２ａと外側層１２ｂとの界面が波状に湾曲した面であることを検出し得る。

また、本実施形態の光ファイバ巻きボビンの製造方法は、巻回工程Ｐ２と、検査工程Ｐ３と、を備える。巻回工程Ｐ２では、光ファイバ裸線１Ｎ及び光ファイバ裸線１Ｎの外周面を被覆する光透過性の被覆層１２からなる光ファイバ１をボビン２０に多層巻きに巻回する。検査工程Ｐ３では、上記の光ファイバ１の検査方法によってボビン２０に巻回された光ファイバ１を検査する。また、検査工程Ｐ３は巻回工程Ｐ２中に行われる。このため、本実施形態における光ファイバ巻きボビン７０の製造方法によれば、巻回工程Ｐ２中に光ファイバ１の被覆層１２の不良を発見し得る。なお、検査工程Ｐ３は、光ファイバ１が５層以上に巻回された状態から開始することが好ましく、より好ましくは１０層以上に巻回された状態から開始することが好ましい。このようにすることで、ボビン２０のシャフト２１の外周面が透けて見えることを抑制でき、照明光Ｌの像ＩＭに生じる縞模様ＳＰを鮮明に映し出し得る。なお、検査工程Ｐ３は巻回工程Ｐ２後に行ってもよい。

以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、１つの画像データ生成部５５を備える検査装置４０を例に説明した。しかし、検査装置４０は、複数の画像データ生成部５５を備えていてもよい。この場合、例えば、これら画像データ生成部５５は、巻回体３０で反射する照明光Ｌを受光する方向が互いに異なるように配置し、検査部６０は、それぞれの画像データ生成部５５によって生成される画像データにおいて、像に縞模様ＳＰがあるか否かを判断する。このような構成にすることで、検査装置４０の検出確度を向上し得る。また、検査装置４０は、巻回体３０をボビン２０のシャフト２１の中心軸２１ａ周りに回転させる回転部を備えていてもよい。このような構成にすることで、画像データ生成部５５は、巻回体３０に照明光Ｌを照射する位置が変えられた複数の画像データを生成することができる。このため、検査部６０はそれぞれの画像データにおいて像に縞模様ＳＰがあるか否かを判断することができ、検査装置４０の検出確度を向上し得る。

また、上記実施形態では、二次元の画像データを生成する画像データ生成部５５を例に説明した。しかし、画像データ生成部５５は、一次元の画像データを生成するものであってもよい。このような画像データ生成部５５として、例えば、受光素子が一列に並んだラインカメラ、受光素子を有し巻回体３０で反射する照明光Ｌの伝搬方向と非平行な方向に移動して当該照明光Ｌを走査する受光装置等が挙げられる。なお、上記の縞模様ＳＰは、光ファイバ１の巻回方向に沿って照明光Ｌの状態が繰り返し変化する縞模様である。このため、上記のラインカメラの受光素子は光ファイバ１の巻き方向と概ね平行な方向に並ぶことが好ましく、上記の受光装置は光ファイバ１の巻き方向と概ね平行な方向に走査することが好ましい。

また、上記実施形態では、学習モデルを用いて縞模様ＳＰの有無の判断をする検査部６０を例に説明した。しかし、検査部６０による縞模様ＳＰの有無の判断方法は特に制限されるものではなく、検査部６０は、学習モデルを用いないで縞模様ＳＰの有無を判断してもよい。例えば、検査部６０は、画像データ生成部５５によって生成される画像データに所定の処理を施したデータに基づいて、縞模様ＳＰの有無を判断してもよい。例えば、検査部６０は、画像データにおいて、予め設定される光の強度の閾値を超えた点が所定数以上ある場合に縞模様ＳＰがあると判断してもよい。また、検査部６０は、画像データにおけるあらかじめ設けられた範囲内で、光の強度が高い上位の所定数の点における光の強度の平均値と光の強度が低い下位の所定数の点における光の強度の平均値の比が予め設定される閾値を超えるかを判断し、当該判断を上記の範囲をずらしながら画像データ全体に対して行い、上記の比が閾値を超える場合に縞模様ＳＰがあると判断してもよい。このようにすることで、画像データ全体に関して縞模様ＳＰの有無を判断できる。

また、上記実施形態では、着色顔料を有さない被覆層１２を例に説明したが、被覆層１２は着色顔料を有していてもよい。しかし、被覆層１２が着色顔料を有さない方が不良を検出し易い。

また、上記実施形態では、光ファイバ製造工程Ｐ１によって製造される光ファイバ１をボビン２０に多層巻きに巻回する巻回工程Ｐ２を例に説明した。しかし、巻回工程Ｐ２では、光ファイバ１をボビンに多層巻きに巻回すればよい。例えば、巻回工程Ｐ２は、ボビンに巻回された光ファイバ１の一部を別のボビンに巻回する工程であってもよく、長尺の光ファイバ１を短尺の光ファイバ１に分割する工程であってもよい。図示による説明は省略するが、このような巻回工程Ｐ２では、繰り出し部によって第１ボビンを中心軸周りに回転することで第１ボビンに巻回された光ファイバ１を繰り出す。そして、巻き取り部によって第２ボビンを中心軸周りに回転することで第１ボビンから繰り出される光ファイバ１を第２ボビンに巻き取り、当該光ファイバ１を第２ボビンに多層巻きに巻回する。この場合における巻回工程Ｐ２は、例えば、巻取り速度が所定の速度まで増加する増速期間と、巻取り速度が所定の速度である定常期間と、巻取り速度がゼロとなるまで減少する減速期間とから成る。そして、検査工程Ｐ３は、増速期間中に行ってもよく、定常期間中に行ってもよく、減速期間中に行ってもよく、巻回工程Ｐ２後に行ってもよい。なお、検査工程Ｐ３を減速期間中に行うことが好ましく、第２ボビンに巻かれた光ファイバ１から成る巻回体３０の直径が３００ｍｍ程度であれば、第２ボビンの回転速度が０．１[round per sec(rps)]以下の状態で行うことが好ましい。画像データ生成部５５としてのカメラのフレームレートが高くなれば、高速回転時でも撮影は可能になる。しかし、フレームレートが高くなるにつれて、照明部５０の構成によってはフリッカー現象や光量不足が生じ易くなり、撮影画像に縞模様ＳＰが鮮明に映し出されにくくなる傾向にある。このため、検査工程Ｐ３は上記のように行うことが好ましい。また、フレームレートを高くするとカメラが大型化する傾向にあるため、実用上としては、フレームレートが１００ｆｐｓ以下のカメラを使用することが好ましい。例えば、第２ボビンにおける巻回体３０の直径が３００ｍｍ程度で、第２ボビンの回転速度が０．１ｒｐｓである場合、巻回体３０の外周面の周速度は、約９４ｍｍ／ｓとなる。ここで、フレームレートが１００ｆｐｓであるカメラの１撮影当たりにかかる時間は１／１００ｓであるため、1撮影時の巻回体３０の外周面の移動距離は、約０．９４ｍｍであり、１ｍｍ以下となる。撮影画像に映し出される範囲が例えば辺の長さが３００ｍｍの正方形であれば、この辺の長さに対する上記の移動距離の割合は、約０．３％となり、十分小さく、撮影画像に縞模様ＳＰが鮮明に映し出されにくくなることを抑制し得る。

以上説明したように、本発明によれば、光ファイバの長手方向に連続的に生じる不良を検出し得る光ファイバの検査方法、光ファイバの検査装置、及び光ファイバ巻きボビンの製造方法が提供され、光ファイバ通信等の分野で利用することが期待される。

Claims (7)

1. 光ファイバ裸線及び前記光ファイバ裸線の外周面を被覆する光透過性の被覆層からなる光ファイバの検査方法であって、
   前記光ファイバがボビンに多層巻きに巻回された巻回体の外周面に指向性を有する照明光を照射する照射ステップと、
   前記巻回体で反射する前記照明光を受光して当該照明光の像の少なくとも一部を含む画像データを生成する画像データ生成ステップと、
   前記画像データに基づいて前記像に前記光ファイバの巻回方向に沿って前記照明光の状態が繰り返し変化する縞模様があるか否かを判断する検査ステップと、
   を備える
   ことを特徴とする光ファイバの検査方法。
2. 前記照射ステップにおいて前記巻回体に前記照明光を照射する方向と前記画像データ生成ステップにおいて前記巻回体で反射する前記照明光を受光する方向とのなす角度が３０°以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの検査方法。
3. 前記照明光の波長帯域は、前記照射ステップにおいて前記巻回体に前記照明光を照射する方向と前記画像データ生成ステップにおいて前記巻回体で反射する前記照明光を受光する方向とのなす角度をφ（°）とする場合に、下記式（１）及び（２）で示される所定波長帯域ＷＢ（ｎｍ）において２００ｎｍ以上の幅を有する特定波長帯域を含む
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの検査方法。
   

   

   
4. 前記特定波長帯域は、前記所定波長帯域ＷＢにおいて３００ｎｍ以上の幅を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの検査方法。
5. 前記被覆層は、多層構造である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバの検査方法。
6. 光ファイバ裸線及び前記光ファイバ裸線の外周面を被覆する光透過性の被覆層からなる光ファイバがボビンに多層巻きに巻回された巻回体の外周面に指向性を有する照明光を照射する照明部と、
   前記巻回体で反射する前記照明光を受光して当該照明光の像の少なくとも一部を含む画像データを生成する画像データ生成部と、
   前記画像データに基づいて前記像に前記光ファイバの巻回方向に沿って前記照明光の状態が繰り返し変化する縞模様があるか否かを判断する検査部と、
   を備える
   ことを特徴とする光ファイバの検査装置。
7. 光ファイバ裸線及び前記光ファイバ裸線の外周面を被覆する光透過性の被覆層からなる光ファイバをボビンに多層巻きに巻回する巻回工程と、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバの検査方法によって前記ボビンに巻回された前記光ファイバを検査する検査工程と、
   を備える
   光ファイバ巻きボビンの製造方法。
   
   

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