JP7495235B2 - プラスチック光ファイバのコア径計測方法およびそれに用いるプラスチック光ファイバのコア径計測装置、プラスチック光ファイバの欠陥検出方法およびそれに用いるプラスチック光ファイバの欠陥検出装置 - Google Patents

プラスチック光ファイバのコア径計測方法およびそれに用いるプラスチック光ファイバのコア径計測装置、プラスチック光ファイバの欠陥検出方法およびそれに用いるプラスチック光ファイバの欠陥検出装置 Download PDF

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Description

本発明は、通信用途等に用いられるプラスチック光ファイバ(以下「POF」ということがある)のコア径を計測する方法およびそれに用いるPOFのコア径計測装置、POFの欠陥検出方法およびそれに用いるPOFの欠陥検出装置に関し、より詳細には、POFの製造工程においてインラインで、連続的にPOFのコア径を計測することのできる方法およびその装置、POFの欠陥を検出することのできる方法およびその装置に関するものである。
POFは、素材がプラスチックであることから、軽量で良好な可撓性を有し、低コストで製造可能であるため、近年、需要が拡大している。このようなPOFは、一般的に、溶融押出成形や界面ゲル重合法によるプリフォームを溶融加熱延伸する方法等により製造されている。しかし、POFを製造するための装置を連続的に長時間運転すると、均一的な品質を担保することが困難になる場合がある。
このため、例えば、特許文献1では、製造されるPOFの製品品質(光信号の伝送損失)を向上させるために、製造しながら光伝送損失を計測する検査装置が提案されている。また、特許文献2では、ポリマークラッド光ファイバの被覆の異常部を検出する被覆異常部検出方法が提案され、信頼性の要求に応えるとしている。
しかしながら、特許文献1のものは、実際にPOFのコア内にレーザー光を通過させてレーザー光の散乱の程度を確認し、POFの光損失を計測するものであり、コアに欠陥(異物や亀裂、気泡など)が生じているか否かを判断することはできるものの、形成されたコアの径を計測することはできない。
また、特許文献2のものは、POFに検査光を入射しPOFの画像における輝度の経時変化によって、その被覆クラッドの異常部から外部に漏れた検査光の有無を判定し、これに基づいて異常部を検出するものである。しかし、このものも、上記特許文献1のものと同様、形成されたコアの径を計測することはできない。
特開2014-2002号公報 特開2016-85138号公報
一方、POFにおけるコア径の変動は、帯域幅の低下につながることから、常時安定したコア径のPOFを提供することが、光通信の信頼性を高める上で重要である。そこで、コア径の正確な計測を連続的に行うことができれば、インラインで、コア径が規定の範囲から外れたものだけを除外することができるため、その技術の確立が強く求められている。また、POFの欠陥の検出を連続的に行うことができれば、インラインで欠陥を有する箇所だけを除外することができるため、その技術の確立も期待されている。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、POFのコア径を正確に計測することができるPOFのコア径計測方法およびそれに用いるPOFのコア径計測装置、POFの欠陥検出方法およびそれに用いるPOFの欠陥検出装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するため、本発明は、以下の[1]~[12]を提供する。
[1]POFのコア径を計測する方法であって、上記POFの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記POFの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する撮像手段とを設け、上記光照射手段によりPOFの側面に光を照射し、上記撮像手段によって上記POFの反対側の側面を撮像し画像データを得る撮像工程と、上記撮像手段により得られたPOFの画像データを処理するデータ処理工程とを備え、上記撮像工程において、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記POFの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)が0.9~1.3となるように上記光照射手段とPOFを配置し、上記データ処理工程において、上記POFの画像データからPOFの側面における光強度分布を取得し、上記光強度分布に基づき上記POFのコア径を算出するPOFのコア径計測方法。
[2]上記撮像工程において、上記POFに対する光照射と撮像を、少なくとも2方向から行い、上記POFの、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データを得るとともに、上記データ処理工程において、上記少なくとも2つの画像データから取得される光強度分布に基づき上記POFのコア径を算出する、[1]に記載のPOFのコア径計測方法。[3]上記データ処理工程において、上記POFの画像データから取得したPOFの径方向における光強度分布に基づいて、上記POFのコア径とともにクラッド径を算出する、[1]または[2]に記載のPOFのコア径計測方法。
[4]上記データ処理工程において、算出された上記POFのコア径とクラッド径に基づき上記POFのコアの偏心量を算出する、[3]に記載のPOFのコア径計測方法。
[5]コアとクラッドとを有するPOFのコア径を計測する装置であって、上記POFの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記POFに対して上記光照射手段と反対側に設けられ、上記POFの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する撮像手段と、上記撮像手段によって得られたPOFの画像データを処理するデータ処理手段とを備え、上記光照射手段の発光幅をWとし、上記光照射手段の発光位置と上記POFの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)が0.9~1.3となるように上記光照射手段が配置されており、上記データ処理手段が、上記POFの画像データからPOFの径方向における光強度分布を取得し、上記光強度分布に基づき上記POFのコア径を算出するよう設定されているPOFのコア径計測装置。
[6]上記光照射手段による光照射と撮像手段による撮像が、上記POFに対し少なくとも2方向から行われ、上記POFの、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データが得られるようになっており、上記データ処理手段が、上記少なくとも2つの画像データから取得される光強度分布に基づき上記POFのコア径を算出するよう設定されている、[5]に記載のPOFのコア径計測装置。
[7]上記POFを介して対峙する光照射手段と撮像手段からなる撮像ユニットが、少なくとも2セット、POFに対し方向が異なる配置で設けられている、[6]に記載のPOFのコア径計測装置。
[8]上記POFを介して対峙する光照射手段と撮像手段からなる撮像ユニットが単一で設けられており、上記POFと、上記撮像ユニットとの相対的な配置が変更可能になっている、[6]に記載のPOFのコア径計測装置。
[9]上記データ処理手段が、上記POFの画像データから取得したPOFの径方向における光強度分布に基づいて、上記POFのコア径とともにクラッド径を算出するよう設定されている、[5]~[8]のいずれかに記載のPOFのコア径計測装置。
[10]上記データ処理手段が、算出された上記POFのコア径とクラッド径に基づき上記POFのコアの偏心量を算出するよう設定されている、[9]に記載のPOFのコア径計測装置。
[11]POFの欠陥を検出する方法であって、上記POFの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記POFの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する上記光照射手段に対応する撮像手段とを設け、上記光照射手段がいずれもPOFの側面に光を照射し、上記光照射手段に対応する撮像手段によって上記POFの反対側の側面を撮像し画像データを得る撮像工程と、上記撮像手段により得られた画像データを処理するデータ処理工程とを備え、上記撮像工程において、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記POFの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)がいずれも0.9~1.3となるように上記光照射手段とPOFを配置し、上記撮像工程において、上記POFに対する光照射と撮像を、少なくとも2方向から行い、上記POFの、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データを得るとともに、上記データ処理工程において、上記少なくとも2つの画像データからPOFの側面における少なくとも2つの光強度分布を取得し、上記少なくとも2つの光強度分布に基づき上記POFの欠陥を検出するPOFの欠陥検出方法。
[12]POFの欠陥を検出する装置であって、上記POFの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記POFの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する上記光照射手段に対応する撮像手段とを設け、上記光照射手段がいずれもPOFの側面に光を照射し、上記光照射手段に対応する撮像手段によって上記POFの反対側の側面を撮像し画像データを得る撮像手段と、上記撮像手段により得られた画像データを処理するデータ処理手段とを備え、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記POFの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)がいずれも0.9~1.3となるように上記光照射手段が配置されており、上記記撮像工程において、上記POFに対する光照射と撮像が、少なくとも2方向から行われ、上記POFの、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データが得られるようになっており、上記データ処理手段が、上記少なくとも2つの画像データから取得される光強度分布に基づき上記POFの欠陥を検出するよう設定されているPOFの欠陥検出装置。
[13]POFの欠陥を検出する方法であって、上記POFの一方の側面に向って光を照射する少なくとも3つの光照射手段と、上記POFの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する上記光照射手段に対応する撮像手段とを設け、上記光照射手段がいずれもPOFの側面に光を照射し、上記光照射手段に対応する撮像手段によって上記POFの反対側の側面を撮像し少なくとも3つの画像データを得る撮像工程と、上記撮像手段により得られた少なくとも3つの画像データを処理するデータ処理工程とを備え、上記撮像工程において、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記POFの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)がいずれも0.9~1.3となるように上記光照射手段とPOFを配置し、上記データ処理工程において、上記少なくとも3つの画像データからPOFの側面における少なくとも3つの光強度分布を取得し、上記少なくとも3つの光強度分布に基づき上記POFの欠陥を検出するPOFの欠陥検出方法。
[14]POFの欠陥を検出する装置であって、上記POFの一方の側面に向って光を照射する少なくとも3つの光照射手段と、上記POFの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する上記光照射手段に対応する撮像手段とを設け、上記光照射手段がいずれもPOFの側面に光を照射し、上記光照射手段に対応する撮像手段によって上記POFの反対側の側面を撮像し少なくとも3つの画像データを得る撮像手段と、上記撮像手段により得られた少なくとも3つの画像データを処理するデータ処理手段とを備え、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記POFの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)がいずれも0.9~1.3となるように上記光照射手段が配置されており、上記データ処理手段が、上記少なくとも3つの画像データからPOFの側面における少なくとも3つの光強度分布を取得し、上記少なくとも3つの光強度分布に基づき上記POFの欠陥を検出するよう設定されているPOFの欠陥検出装置。
すなわち、本発明者らは、今後増産が見込まれるPOFの製品規格を担保するため、POFの製造工程においてインラインでPOFのコア径を計測することができる装置を得ることを目的として研究を行った。そして、POFの端面においてコア径を計測していては、POFの長手方向に沿って連続的にコア径を計測することはできないことから、POFの側面方向から計測することを想起し、研究を重ねる過程で、POFの一方の側面に向って光を照射し、その光が照射される側面の反対側の側面を撮像すると、上記POFがいわばレンズのように働き、POFを透して見える明暗の状態から、上記POFの画像データにおいてコアとクラッドの界面の位置を特定できることが判明した。
そして、本発明者らは、さらに研究を重ねた結果、上記光照射手段の発光幅をWとし、上記光照射手段と上記POFの最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)を所定の範囲に設定すると、高い精度で正確にコアとクラッドの界面の位置を特定することができ、ひいてはコア径の値を正確に求めることができることおよびPOFが有する欠陥の検出が容易にできることを見出し、本発明に到達した。
本発明のPOFのコア径計測方法によれば、上述のとおり、長手方向に延びるPOFの側方に、特定の配置で光照射手段と撮像手段を設け、POFの側面に光照射を与えながらその反対側の側面の画像データを得るだけで、簡単かつ正確にPOFのコア径を計測することができる。そして、この計測方法によれば、POFを長手方向に移動させながら、連続的に計測を行うことができるため、POFの製造工程途中において、インラインで計測処理、すなわちコア径のばらつきが規格内に収まっているか否かの品質検査を行うことができる。したがって、高品質のPOFを安定的に供給することができる。
また、本発明のPOFのコア径計測装置によれば、POFの製造ラインの途中に、特定の配置で光照射手段と撮像手段を設け、上記撮像手段から得られる画像データを、特定のデータ処理手段によって処理するだけで、簡単かつ正確にPOFのコア径を算出することができる。したがって、POFの製造スピードを下げることなく、効率よく高品質のPOFを提供することができる。そして、このコア径計測装置の設置には、大幅な設備変更や追加スペースの確保がいらないという利点を有する。
さらに、本発明のPOFの欠陥検出方法によれば、POFに対して向きが異なる3方向の画像データが得られるため、周方向の死角がなくなり、欠陥の検出漏れを抑制することができる。また、欠陥が含まれた層を特定することもできるため、伝達損失の原因となるものだけを効率的に検出することができ、過検出を抑制することができる。
また、本発明のPOFの欠陥検出装置によれば、POFの製造ラインの途中に設けるだけで、POFに含まれた欠陥(異物、気泡等)を簡単に検出することができる。このため、POFの製造スピードを下げることなく、効率よく高品質のPOFを提供することができる。そして、この欠陥検出装置の設置もまた、大幅な設備変更や追加スペースの確保がいらないという利点を有する。
本発明の装置の一例を示す模式的な構成図である。 (a)は上記装置の要部をPOF正面方向(断面方向)から示す模式的な説明図、(b)は同じくその要部をPOF側面方向から示す模式的な説明図である。 POFの構成を示す模式的な断面図である。 (a)~(c)は、いずれも上記装置による画像データの説明図である。 2方向から得られた2つの画像による補正処理の説明図である。 2方向から得られた2つの画像による補正処理の説明図である。 上記装置の変形例を示す模式的な構成図である。 本発明の装置の他の例を示す模式的な構成図である。 実施例6としてコア径を計測した値と実際の測定値とを対比して示したグラフ図である。 実施例6としてコアの偏心量を計測した値と実際の測定値とを対比して示したグラフ図である。 実施例7としてコア径を計測した値と実際の測定値とを対比して示したグラフ図である。 実施例7としてコアの偏心量を計測した値と実際の測定値とを対比して示したグラフ図である。 欠陥の検出方法の処理フロー(I)の手順を説明する図である。 欠陥の検出方法の処理フロー(II)の手順を説明する図である。
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
本発明の一実施の形態であるPOFのコア径計測方法(以下、単に「コア径計測方法」という場合がある)は、POFの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記POFの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する撮像手段とを設け、上記光照射手段によりPOFの側面に光を照射し、上記撮像手段によって上記POFの反対側の側面を撮像し画像データを得る撮像工程と、上記撮像手段により得られたPOFの画像データを処理するデータ処理工程とを備えている。そして、上記撮像工程において、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記POFの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)が0.9~1.3となるように上記POFを配置し、上記データ処理工程において、上記POFの画像データからPOFの側面における光強度分布を取得し、上記光強度分布に基づき上記POFのコア径を算出するものである。
本発明の一実施の形態であるコア径計測方法を実施するための装置の一例を、図1に模式的に示す。この装置は、図において太矢印で示すように走行するPOF1のコア径を計測するためのもので、POF1の側面に向って、垂直方向に光照射を行う第1の光照射手段2と、上記POF1に対して上記光照射手段2と反対側に設けられ、上記POF1の、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する第1の撮像手段3とを備えている。この第1の光照射手段2と第1の撮像手段3は、図2(a)およびその右側面図である図2(b)に模式的に示すように、POF1を介して、互いに対峙するように配置されており、両者によって、1セットの撮像ユニットAが構成されている。
そして、上記撮像ユニットA(図1に戻る)に対しPOF1の周方向に90°角度を変えた方向、すなわち光照射を水平方向に行う配置で、第2の光照射手段2'と第2の撮像手段3'からなる撮像ユニットBが設けられている。
なお、上記撮像ユニットAがPOF1と交差する位置Pと、撮像ユニットBがPOF1と交差する位置Qは、POF1の長手方向に沿って所定距離だけずれている。この距離は、POF1の走行によって移動する距離を考慮して設定されており、Pの位置において撮像ユニットAによって撮像される第1の画像データと、Qの位置において撮像ユニットBによって撮像される第2の画像データとが、POF1の同じ位置の、90°角度を変えた2つの側面の画像データとなるよう予め設定されている。
この装置が計測の対象とするPOF1は、図3に示すとおり、重合体をマトリックスとする有機化合物からなるコア4と、このコア4と屈折率の異なる有機化合物からなるクラッド5と、その外側にこれを被覆するオーバークラッド6とで構成されている。通常、コア4は、クラッド5と比較して屈折率が高く設計されており、光をほぼ全反射させることができる。このため、POF1は、光をコア4内に閉じこめた状態で伝搬させることができるようになっている。なお、この例では、オーバークラッド6を設けているが、クラッド5が非常に硬質である等、コア4およびクラッド5を保護する必要がない場合には、オーバークラッド6は設けなくてもよい。
上記POF1に光を照射する第1および第2の光照射手段2、2'としては、例えば、発光ダイオード(LED)、レーザー、ハロゲンランプ等の各種光源を用いることができる。なかでも、屈折率波長分散による画像や検出精度の低下を防止できる点から、複数の波長の光が混在したような白色光よりも、単一波長に近い光を光源とするものが好ましい。単一波長の光としては、例えば、青、緑、赤色等の可視光を用いることができるが、撮像対象であるPOF1の材料の波長分散の影響が小さい波長を用いることが好ましく、POF1の材料として、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を用いる場合には、屈折率波長分散は長波長に行くほど収束し、長波長分散の影響が少なくなることから、赤色の波長の光源を用いることが好ましい。また、光源からの出射光としては、平行光、拡散光のいずれも用いることができるが、様々な角度からPOF1に入射させることができる点から、拡散光を用いることが好ましい。
そして、上記第1および第2の光照射手段2、2'は、光照射手段2、2'の発光幅をWとしたときに、光照射手段2、2'の発光位置と上記POF1の側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)が0.9~1.3となるように配置することが重要である[図2(a)を参照]。
すなわち、この装置では、POF1の一方の側面に向って光を照射し、その光が照射される側面の反対側の側面を撮像すると、上記POF1がいわばレンズのように働き、POF1を構成するコア4、クラッド5、オーバークラッド6の各層の屈折率の違いにより、光の明暗が、各界面でそれぞれずれて表れることから、上記POF1のコア4とクラッド5の界面、クラッド5とオーバークラッド6との界面、の各位置を特定できる、という原理にもとづいて、画像データの解析を行うことを特徴としている。
そして、上記画像データの明暗による解析を精度よく行うには、POF1に対する光量および光の当たり方が重要であり、そのためには、発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)が上記のとおり、0.9~1.3となるように設定することが必要である。なかでも、この比が1.0~1.25であることが好ましく、1.1~1.15であることがより好適である。
ちなみに、上記D/Wが0.9よりも小さいと、発光部が光量のわりに近すぎて、得られる画像データが、例えば図4(a)に模式的に示すように、POF1全体が白く光り、オーバークラッド6の周囲だけが暗く陰になるため、本来視認できるはずのコア4とクラッド5の界面を示す線10(図では破線)も、クラッド5とオーバークラッド6の界面を示す線11(図では破線)も全くわからない。
これに対し、上記D/Wが適正範囲であると、得られる画像データが、例えば図4(b)に模式的に示すように、光の明暗が各層の屈折率に応じてずれて表れるため、コア4とクラッド5の界面を示す線10と、クラッド5とオーバークラッド6の界面を示す線11とを、線としてはっきり視認することができる。
そして、逆に、上記D/Wが1.3よりも大きいと、発光部が光量のわりに遠すぎて、得られる画像データが、例えば図4(c)に模式的に示すように、暗い部分が多くなりすぎるため、この場合も、各界面を示す線10、11(図では破線)がわからない。
なお、上記第1の光照射手段2の発光幅Wは、POF1を介して第1の光照射手段2を第1の撮像手段3と対峙させたときに、第1の撮像手段3の撮像面と第1の光照射手段2の発光面とが平行になる配置において、その発光面の最長幅(発光面が平面視円状のときは最長径)をいう。第2の光照射手段2'のWについても同様である。
上記光が照射されたPOF1の側面を撮像する第1の撮像手段3としては、例えば、ラインセンサカメラ、エリアセンサカメラ等の、対象物の画像をレンズによって素子面に結像させ、光の量を信号に変換して出力させるものを好ましく用いることができる。なかでも、シャッタースピードを速くすることで走行中の被写体の振れの影響を低減できる点から、エリアセンサカメラを用いることがより好ましい。第2の撮像手段3'についても同様である。
上記第1の撮像手段3は、上記POF1を介して上記第1の光照射手段2と対峙した位置に配置される。そして、上記第1の光照射手段2と第1の撮像手段3は、互いの中心が、POF1を介して同一軸上に配置されることが好ましいが、後述するデータ処理手段によって画像データ処理を補正できる範囲において、必ずしも同一軸上に配置されなくてもよい。第2の撮像手段3'についても同様である。
上記装置では、上記第1の光照射手段2および撮像手段3からなる撮像ユニットAと、第2の光照射手段2'および撮像手段3'からなる撮像ユニットBの、2つの撮像ユニットにより、POF1の、90°角度を変えた2つの側面の画像データが得られるようになっている。そして、得られた画像データは、予めコア径計測のための演算処理回路等が組み込まれたデータ処理手段(図1において図示せず)に送られて、処理されるようになっている。
上記2つの撮像ユニット、すなわち、第1の光照射手段2および撮像手段3からなる撮像ユニットAと、第2の光照射手段2'および撮像手段3'からなる撮像ユニットBとは、POF1を長手方向に横切る同一平面上に配置されることが好ましい。2つの撮像ユニットが上記同一平面上に配置されると、各撮像ユニットによりPOF1を径方向に水平な平面上において画像を得ることができるため、走行中にPOF1が安定しない場合であっても高い精度でPOF1のコア径を算出することができる。
なお、上記2つの撮像ユニットを上記同一平面上に配置する場合には、各撮像ユニットの光照射手段から発せられる光が干渉し合い、正確な算出および検出ができなくなることがあるが、例えば、各撮像ユニットの光照射手段から発せられる光の波長を互いに異なるものとし、各撮像手段の前に特定の波長帯のみ透過し得るバンドパスフィルタを設置することにより正確な算出および検出を維持することができるため好ましい。
上記データ処理手段は、どのような画像解析ソフトをベースにするものであっても、全く専用に作成されたソフトであってもよいが、上記第1の撮像手段3および第2の撮像手段3'から送られてきた画像データの光強度分布を取得し、その分布状態を解析して所定の演算式に当てはめることにより、目的とするコア径が算出されるようになっている。このとき、90°角度を変えて得られた2つの画像データから、POF1自体が傾いていたり、コア4がPOF1において偏心していたりして、2つの画像データにずれがある場合、そのずれ方に応じて、さらに補正処理がなされるようになっている。
例えば、図5に示すように、一方の画像データ(0°画像)と他方の画像データ(90°画像)が、互いに異なる傾きで傾いた状態で撮像されている場合、両方の画像データ(0°画像、90°画像)を画像回転処理によって、互いに所定角度ずつ周方向に回転させて両者が極力傾いていない画像として再修正することが行われる。
また、2つの画像データから得られたコア4とクラッド5の界面の位置、クラッド5とオーバークラッド6の界面の位置から、例えば図6に示すように、各層の径の大きさと中心位置を求め、各層の中心位置のずれからコア4の偏心量を算出し、コア径を修正して、より高い精度でコア径を求めることができるようになっている。
このように、上記装置によれば、長手方向に延びるPOF1に対し、特定の配置で第1の光照射手段2と第1の撮像手段3を設け、上記撮像手段3から得られる画像データを、特定のデータ処理手段によって処理するだけで、簡単かつ正確にPOF1のコア径を算出することができる。
そして、上記画像データの取得を、POF1の側面方向から行うため、POF1の製造ラインの途中にもしくは末端において、この装置をインラインで組み込むことができ、POF1を断続的に走行させながら、コア径の計測を行うことができる。特に、対象物が移動していても撮像が可能な第1の撮像手段3を用いる場合には、とりわけ、POF1の製造スピードを下げることなく、効率よくPOF1のコア径の計測を行うことができ、好適である。しかも、上記装置の設置には、大幅な設備変更や追加スペースの確保がいらないという利点を有する。
また、上記の装置は、POF1に対し、2つの撮像ユニットA、Bを設けて、周方向に異なる2方向の画像データを得ることができるため、コア4の芯ずれやPOF1自体の傾き等を修正して、高い精度でコア径計測を行うことができるようになっている。したがって、一方向からの画像データに基づいてコア径を計測する場合に比べて、より高品質のPOF1を提供することができる。そして、さらに計測精度を高めるために、3セット以上の、方向の異なる撮像ユニットを用いることもできる。
3セット以上の、方向の異なる撮像ユニットを用いると、走行中のPOFのコア径の計測の精度が向上するだけでなく、欠陥が存在する層を特定することができる。例えば、異物や気泡等がコア層に存在すると、上記異物等は光の伝送損失を大きくする原因となる。一方で、コア層以外、例えば、クラッド層に異物等が存在しても、上記異物等は光の伝送損失に影響を与えない。よって、コア層を特定した上で異物等を検出することにより、伝送損失の原因となる異物等のみを効率的に特定することができ、過検出を抑制することができる。
すなわち、図7に示すように、3セットの方向の異なる撮像ユニットA,B,Cを用い、各撮像ユニット間をPOF1の周方向に等間隔、すなわち各撮像ユニットを、周方向に120°ずつ向きを変え、POF1の長手方向を横切る同一平面上に配置すると、POF1について周方向に120°ずつ向きを変えた異なる3方向の画像データが得られる。上記周方向に120°ずつ向きを変えた3方向からの画像データを用いて欠陥の検出を行うと、周方向の死角がなくなり、欠陥の検出漏れを抑制することができる。なお、図7において、符号Rは撮像ユニットCがPOF1と交差する位置であり、符号2''は撮像ユニットCが有する第3の光照射手段であり、符号3''は同じく撮像ユニットCが有する第3の撮像手段である。また、図7では、3セットの方向の異なる撮像ユニットA,B,Cを用いた例を示しているが、当然、4セット以上の方向の異なる撮像ユニットを用いてもよいし、単一の撮像ユニットをPOF1の周方向に等間隔に配置を変えて撮像し、POF1について周方向に向きを変えた異なる複数方向の画像データを得るようにしてもよい。
もちろん、非常に真円度の高いコア4を有するPOF1を対象とする場合や、POF1の直線度を高めた状態で計測できる場合等においては、必ずしも、複数の撮像ユニットを設ける必要はなく、単一の撮像ユニットを用いても差し支えない。
なお、周方向に異なる2つ以上の画像データを得るために、上記の装置のように、POF1の周囲に、複数の撮像ユニットを、方向を変えて配置するのではなく、単一の撮像ユニットを、POF1に対して相対的に配置を変えうるように設定してもよい。その例を、図8に模式的に示す。
この装置は、第1の光照射手段2と第1の撮像手段3とで構成される単一の撮像ユニットと交差するようにPOF1を保持する保持手段12を設け、この保持手段12を、保持したPOF1ごと周方向に回動させて、POF1の、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データを得ることができるようにしたものである。なお、13は、POF1と第1の光照射手段2との距離を微調整するための調整手段、14は、POF1に対する計測位置を上下方向に微調整するための調整手段である。
この装置によれば、図1に示す装置のように、複数の撮像ユニットを配置しなくても、POF1の周方向の向きを変えて複数の画像データを得ることができ、高い精度でコア径の計測および異物や気泡の混入を検出することができる。しかしながら、POF1を走行させながら計測や検出ができないため、試作品や完成品の検査等の用途に限られる。
また、上記の装置とは逆に、走行するPOF1を中心として、その周囲に、周方向に回動しうる環状ベースを設け、この環状ベースの対角線上の一方に第1の光照射手段2を取り付け、他方に第1の撮像手段3を取り付けて、上記環状ベースを回動させることにより、POF1の、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データを得るようにしてもよい。この場合、異なる方向からの撮像は、POF1が停止するタイミングで行うことが好ましい。
なお、すでに述べたとおり、少なくとも2方向から撮像した画像データに基づいてコア径を算出する場合、その補正処理のために、コア径のみならず、クラッド5およびオーバークラッド6のそれぞれの径も算出して、各層の外径と中心の位置を求める処理を行うことから、これらの数値を利用して、コア4の偏心量、POF1自体の外径の真円度等を求めることができる。
特に、コア4の偏心量が大きく規格を外れる場合、光の伝送損失が大きくなるおそれがあることから、上記コア4の偏心量を併せて計測することは、実用的ニーズに沿うものである。
以下、実施例および比較例をあげて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1~5、比較例1~3]
まず、図1に示す装置において、撮像ユニットAの第1の光照射手段2の発光幅Wと、上記光照射手段2とPOF1の最短距離Dを、後記の表1に示すように設定することにより、実施例1~5および比較例1~3のコア径計測装置を作製した。なお、上記光照射手段2としてLED(波長630nmtyp.、拡散光、CCS社製)を用い、POF1のすぐ外側(地合部)におけるカメラ受光量が128/256諧調以上となるよう光量を調整して使用した。また、撮像ユニットBについても上記撮像Aと同様の設定を行っている。
そして、これらの装置を用いて、画像データの光強度分布に基づいてPOF1のコアとクラッドとの界面、およびクラッドとオーバークラッドとの界面の位置の特定を行うことができるか計測した。計測の結果、位置の特定ができたものを〇とし、できなかったものを×として、後記の表1に示した。
なお、上記POF1は、コア径が120μmであり、上記コアおよびクラッドは、いずれもメチルメタクリレート(MMA)を主成分とする樹脂からなり、上記コアは、屈折率調整剤により屈折率が高められている。また、オーバークラッドはポリカーボネート(PC)系樹脂からなっている。上記「主成分」とは、その材料の特性に影響を与える成分の意味であり、その成分の含有量は、通常、材料全体の50質量%以上である。
そして、上記計測の結果に基づいて装置の評価を行い、その結果を後記の表1に併せて示した。評価方法は、以下のとおりである。
<評価>
◎:コアとクラッドとの界面およびクラッドとオーバークラッドとの界面のいずれも容易に特定できた。
〇:コアとクラッドとの界面およびクラッドとオーバークラッドとの界面のいずれも特定できた。
×:コアとクラッドとの界面およびクラッドとオーバークラッドとの界面のいずれかが特定できなかった。
Figure 0007495235000001
上記の結果から、発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)が0.9~1.3の範囲に設定された装置において、コア径を容易に計測できることがわかる。
[実施例6]
つぎに、図7に示す装置を用い、POF1のコア4(図3参照)の径および偏心量の計測を、計測箇所を変えて10回、インラインで行った。なお、図7の装置は、撮像ユニットCを追加している以外は実施例2と同様の構成(発光幅等)である。また、計測対象のPOF1についても実施例2と同様のものを用いている。得られたコア4の径および偏心量を、実際に測定したコア4の径および偏心量と対比した結果を図9および図10に示す。
両者を対比した結果、コア4の径の差は最大で2.2μmであり、コア4の偏心量の差は最大で1.6μmであった。
なお、実際に測定したPOF1のコア4の径および偏心量は、以下のとおりにして求めたものである。すなわち、POF1のコア4の径および偏心量を計測した箇所を実際に切断し、研磨する。その研磨面を顕微鏡にて拡大して観察し、顕微鏡断面画像を得る。この顕微鏡断面画像から、POF1のコア4の径および偏心量を特定し、この値を実際のコア4の径および偏心量とした。
[実施例7]
図1に示す装置を用い、計測箇所を4箇所にした以外は、実施例6と同様にしてPOF1のコア4(図3参照)の径および偏心量の計測を行った。得られたコア4の径および偏心量を、実際に測定したコア4の径および偏心量と対比した結果を図11および図12に示す。
両者を対比した結果、コア4の径の差は最大で2.9μmであり、コア4の偏心量の差は最大で3.3μmであった。
[実施例8]
そして、図7に示す装置を用い、後記に示す欠陥の検出方法に従って、6.5mのPOF1において層を特定せず、POF1の全体に含まれる欠陥の検出を行った。その結果を下記の表2に示す。表2の結果から、層を特定せずに欠陥の検出を行った場合、コア4(図3参照)の欠陥も検出できるものの、伝送損失に関係のないオーバークラッド6内の異物が過剰に検出されることがわかる。
Figure 0007495235000002
[実施例9]
さらに、図7に示す装置を用い、後記に示す欠陥の検出方法に従って、24mのPOF1においてコア4(図3参照)を特定して、POF1の全体に含まれる欠陥の検出を行った。その結果を下記の表3に示す。表3の結果から、コア4を特定して欠陥の検出を行った場合、伝送損失に関係のないオーバークラッド6内の欠陥の過剰な検出が抑制され、コア4内の欠陥が効率よく検出できた。
Figure 0007495235000003
[欠陥の検出方法]
まず、図7に示す装置において、撮像ユニットA,B,Cを用いて、POF1について周方向に120°ずつ向きを変えた、3方向からの異なる画像データを得る。
得られた画像データそれぞれに対し、図13および下記に示す処理フロー(I)のとおり、検出候補物の重心座標を取得する。なお、処理フロー(I)において、「5.2値化抽出」は、閾値を10とし、8bit画像データ256諧調の内、正常部に対し10諧調差がある箇所を検出候補物として抽出している。
つぎに、得られた検出候補物を、図14および後記に示す処理フロー(II)に従って処理することにより、POF1の欠点(欠陥)を検出することができる。
[処理フロー(I)]
1.撮像ユニットA,B,Cを用いて異なる画像データを取得し、メモリに格納する。
2.画像データに対しエッジ検出処理を行い、画像内のPOF1の座標を取得する。
3.取得したPOF1の座標と設定値とを用い、POF1部分の画像を切出す。
4.切出されたPOF1の画像を予め登録している良品画像に照らして差分を異常部として特定する。
5.異常部の画像を設定された閾値に照らして2値化処理を行う。
6.異常部の2値化画像に対してブロブ処理解析を行い、異常部の重心座標を取得し、検出候補物として抽出する。
[処理フロー(II)]
1.処理フロー(I)により抽出された検出候補物の座標データのうち、POF1の流れ方向座標の若い順に、各撮像ユニットの検出候補物の座標データを準備する。
2.準備された座標データにおいて、互いのPOF1の流れ方向座標の差異が設定閾値以下のものを抽出する。
3.抽出された検出候補物の2つの流れ方向座標を使用し、2視野からそれぞれ光線追跡を行いPOF1断面における交点の座標を求める。
4.上記交点とコア4の中心座標との間の距離を計算して求める。
5.上記距離が設定閾値以下であるか否かを評価する。
6.上記閾値以下のものを欠点として検出する。
本発明のPOFのコア径計測方法およびコア径計測装置は、インラインでPOFのコア径を計測する場合に有用である。
1 POF
2 第1の光照射手段
2' 第2の光照射手段
3 第1の撮像手段
3' 第2の撮像手段

Claims (14)

  1. プラスチック光ファイバのコア径を計測する方法であって、
    上記プラスチック光ファイバの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記プラスチック光ファイバの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する撮像手段とを設け、上記光照射手段によりプラスチック光ファイバの側面に光を照射し、上記撮像手段によって上記プラスチック光ファイバの反対側の側面を撮像し画像データを得る撮像工程と、
    上記撮像手段により得られたプラスチック光ファイバの画像データを処理するデータ処理工程とを備え、
    上記撮像工程において、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記プラスチック光ファイバの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)が0.9~1.3となるように上記光照射手段とプラスチック光ファイバを配置し、
    上記データ処理工程において、上記プラスチック光ファイバの画像データからプラスチック光ファイバの側面における光強度分布を取得し、上記光強度分布に基づき上記プラスチック光ファイバのコア径を算出することを特徴とするプラスチック光ファイバのコア径計測方法。
  2. 上記撮像工程において、上記プラスチック光ファイバに対する光照射と撮像を、少なくとも2方向から行い、上記プラスチック光ファイバの、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データを得るとともに、上記データ処理工程において、上記少なくとも2つの画像データから取得される光強度分布に基づき上記プラスチック光ファイバのコア径を算出する請求項1記載のプラスチック光ファイバのコア径計測方法。
  3. 上記データ処理工程において、上記プラスチック光ファイバの画像データから取得したプラスチック光ファイバの径方向における光強度分布に基づいて、上記プラスチック光ファイバのコア径とともにクラッド径を算出する請求項1または2記載のプラスチック光ファイバのコア径計測方法。
  4. 上記データ処理工程において、算出された上記プラスチック光ファイバのコア径とクラッド径に基づき上記プラスチック光ファイバの偏心量を算出する請求項3記載のプラスチック光ファイバのコア径計測方法。
  5. コアとクラッドとを有するプラスチック光ファイバのコア径を計測する装置であって、 上記プラスチック光ファイバの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記プラスチック光ファイバに対して上記光照射手段と反対側に設けられ、上記プラスチック光ファイバの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する撮像手段と、上記撮像手段によって得られたプラスチック光ファイバの画像データを処理するデータ処理手段とを備え、
    上記光照射手段の発光幅をWとし、上記光照射手段の発光位置と上記プラスチック光ファイバの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)が0.9~1.3となるように上記光照射手段が配置されており、
    上記データ処理手段が、上記プラスチック光ファイバの画像データからプラスチック光ファイバの径方向における光強度分布を取得し、上記光強度分布に基づき上記プラスチック光ファイバのコア径を算出するよう設定されていることを特徴とするプラスチック光ファイバのコア径計測装置。
  6. 上記光照射手段による光照射と撮像手段による撮像が、上記プラスチック光ファイバに対し少なくとも2方向から行われ、上記プラスチック光ファイバの、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データが得られるようになっており、上記データ処理手段が、上記少なくとも2つの画像データから取得される光強度分布に基づき上記プラスチック光ファイバのコア径を算出するよう設定されている請求項5記載のプラスチック光ファイバのコア径計測装置。
  7. 上記プラスチック光ファイバを介して対峙する光照射手段と撮像手段からなる撮像ユニットが、少なくとも2セット、プラスチック光ファイバに対し方向が異なる配置で設けられている請求項6記載のプラスチック光ファイバのコア径計測装置。
  8. 上記プラスチック光ファイバを介して対峙する光照射手段と撮像手段からなる撮像ユニットが単一で設けられており、上記プラスチック光ファイバと、上記撮像ユニットとの相対的な配置が変更可能になっている請求項6記載のプラスチック光ファイバのコア径計測装置。
  9. 上記データ処理手段が、上記プラスチック光ファイバの画像データから取得したプラスチック光ファイバの径方向における光強度分布に基づいて、上記プラスチック光ファイバのコア径とともにクラッド径を算出するよう設定されている請求項5~8のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバのコア径計測装置。
  10. 上記データ処理手段が、算出された上記プラスチック光ファイバのコア径とクラッド径に基づき上記プラスチック光ファイバの偏心量を算出するよう設定されている請求項9記載のプラスチック光ファイバのコア径計測装置。
  11. プラスチック光ファイバの欠陥を検出する方法であって、
    上記プラスチック光ファイバの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記プラスチック光ファイバの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する上記光照射手段に対応する撮像手段とを設け、上記光照射手段がいずれもプラスチック光ファイバの側面に光を照射し、上記光照射手段に対応する撮像手段によって上記プラスチック光ファイバの反対側の側面を撮像し画像データを得る撮像工程と、
    上記撮像手段により得られた画像データを処理するデータ処理工程とを備え、
    上記撮像工程において、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記プラスチック光ファイバの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)がいずれも0.9~1.3となるように上記光照射手段とプラスチック光ファイバを配置し、
    上記撮像工程において、上記プラスチック光ファイバに対する光照射と撮像を、少なくとも2方向から行い、上記プラスチック光ファイバの、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データを得るとともに、上記データ処理工程において、上記少なくとも2つの画像データからプラスチック光ファイバの側面における少なくとも2つの光強度分布を取得し、上記少なくとも2つの光強度分布に基づき上記プラスチック光ファイバの欠陥を検出することを特徴とするプラスチック光ファイバの欠陥検出方法。
  12. プラスチック光ファイバの欠陥を検出する装置であって、
    上記プラスチック光ファイバの一方の側面に向って光を照射する光照射手段と、上記プラスチック光ファイバの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する上記光照射手段に対応する撮像手段とを設け、上記光照射手段がいずれもプラスチック光ファイバの側面に光を照射し、上記光照射手段に対応する撮像手段によって上記プラスチック光ファイバの反対側の側面を撮像し画像データを得る撮像手段と、
    上記撮像手段により得られた画像データを処理するデータ処理手段とを備え、
    上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記プラスチック光ファイバの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)がいずれも0.9~1.3となるように上記光照射手段が配置されており、
    上記撮像手段において、上記プラスチック光ファイバに対する光照射と撮像が、少なくとも2方向から行われ、上記プラスチック光ファイバの、方向の異なる少なくとも2つの側面の画像データが得られるようになっており、
    上記データ処理手段が、上記少なくとも2つの画像データから取得される光強度分布に基づき上記プラスチック光ファイバの欠陥を検出するよう設定されていることを特徴とするプラスチック光ファイバの欠陥検出装置。
  13. プラスチック光ファイバの欠陥を検出する方法であって、
    上記プラスチック光ファイバの一方の側面に向って光を照射する少なくとも3つの光照射手段と、上記プラスチック光ファイバの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する上記光照射手段に対応する撮像手段とを設け、上記光照射手段がいずれもプラスチック光ファイバの側面に光を照射し、上記光照射手段に対応する撮像手段によって上記プラスチック光ファイバの反対側の側面を撮像し少なくとも3つの画像データを得る撮像工程と、
    上記撮像手段により得られた少なくとも3つの画像データを処理するデータ処理工程とを備え、
    上記撮像工程において、上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記プラスチック光ファイバの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)がいずれも0.9~1.3となるように上記光照射手段とプラスチック光ファイバを配置し、
    上記データ処理工程において、上記少なくとも3つの画像データからプラスチック光ファイバの側面における少なくとも3つの光強度分布を取得し、上記少なくとも3つの光強度分布に基づき上記プラスチック光ファイバの欠陥を検出することを特徴とするプラスチック光ファイバの欠陥検出方法。
  14. プラスチック光ファイバの欠陥を検出する装置であって、
    上記プラスチック光ファイバの一方の側面に向って光を照射する少なくとも3つの光照射手段と、上記プラスチック光ファイバの、光が照射される側面の反対側の側面を撮像する上記光照射手段に対応する撮像手段とを設け、上記光照射手段がいずれもプラスチック光ファイバの側面に光を照射し、上記光照射手段に対応する撮像手段によって上記プラスチック光ファイバの反対側の側面を撮像し少なくとも3つの画像データを得る撮像手段と、
    上記撮像手段により得られた少なくとも3つの画像データを処理するデータ処理手段とを備え、
    上記光照射手段の発光幅をWとし、光照射手段の発光位置と上記プラスチック光ファイバの側面との最短距離をDとして、上記発光幅Wに対する最短距離Dの比(D/W)がいずれも0.9~1.3となるように上記光照射手段が配置されており、
    上記データ処理手段が、上記少なくとも3つの画像データからプラスチック光ファイバの側面における少なくとも3つの光強度分布を取得し、上記少なくとも3つの光強度分布に基づき上記プラスチック光ファイバの欠陥を検出するよう設定されていることを特徴とするプラスチック光ファイバの欠陥検出装置。
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