JPH035698A - 光学的起爆装置、該装置を含む連続起爆ユニット、及び該装置に取り付けられるフェルール内にマイクロレンズを挿入する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザ光源によって供給される高エネルギビ
ームが爆発を惹起する連続起爆ユニットの構成に用いら
れる、密閉された小型起爆装置に係わる。

上記のような連続起爆ユニットは主に、果たされるべき
起爆機能の数との関連で重量及び嵩の問題が生じる弾道
学的用途のために開発されている。

本発明の起爆装置はあらゆる場合に、あらゆる爆発、特
に高エネルギ爆発用にこれまで用いられてきた通常の起
爆要素に置き換わったり、該要素をｆ＆適化したりし得
る。

弾道弾に取り付けられ得る、爆発性物質を爆発させる刺
激としてレーザ光源からの光エネルギを用いる光学的連
続起爆ユニットは３つの主要要素によって、即ち゛レー
ザステーション゛と、光エネルギを伝送する光ケーブル
と、光ケーブルと接続された点爆装置または点火装置の
形態の爆発要素とによって構成されている。レーザステ
ーションは実質的に、レーザ光源、光スィッチ及び制御
論理デバイスを含む、レーザ光源は解放モードまたは緩
和モードで機能し得る。

“光ケーブル”という語は、１本の光ファイバと光ファ
イバ束との両方を意味すると理解される。

“爆発性物質“という語は、窒化物、雷酸塩、テトラジ
ン等のような一次爆薬と、ＰＥＴＮ、　ＲＤＸ、　ＩＮ
Ｓ等のような二次爆薬と、点火薬、照明剤、曳光弾剤、
発煙剤等のような爆発性組成物とを意味すると理解され
る。

“高エネルギ爆発”という語は、様々な安全性試験に対
する感度のしきい値がトリメチレンニトラミンのもの以
下である二次爆薬または爆発性組成物のみが用いられる
ことを意味する。

光学的点爆装置は、レーザビームの作用下に爆発し得る
一次及び／または二次湯薬を装填された装置であり、こ
の装置に装填された爆薬は、二次爆薬を装填された別の
爆発要素を爆発させる適当な衝撃波の発生を可能にする
。点爆装置の機能は、爆轟を実現することである。点火
装置には、例えばレーザビームの形態で適当な熱供給を
受けると発火し得る爆発性物質が装填されており、前記
発火で生じた炎によって別の爆発性物質への点火が行な
われ得る。点火装置の機能は、燃焼もしくは爆燃を実現
することである。

本発明による起爆装置は、点爆装置も点火装置も構成す
る。

現在公知である光学的起爆装置の殆どは外部に対する密
閉性が低く、このことは２点において不利である。まず
、起爆物質が外的な影Ｗ！（湿気及び多かれ少なかれ腐
食性である雰囲気）から良好に保護されず、その結果該
物質の機能が非常に損なわれる恐れが有る。更に、爆発
性装填物の爆発の際に爆轟する該装填物から生じるガス
が漏れることによって効率が低下し、しかも周辺の装置
、特に“レーザステーション”が汚染される危険が有る
。

最近、フランス特許公開第２６１５６０９号に、レーザ
ビームによって爆発する爆発性装填物を受容する中空ボ
ディを具備した起爆装置が開示され、この装置でレーザ
ビームの集束は中空ボディ内に配置された円錐台形のサ
ファイアレンズによって実現される。このレンズを密閉
部材と共に取り付けることによって、爆発性装填物は外
的な影響から保護される。更に、サファイアレンズはそ
の構造上、装填物が機能する際に生じる＠械的作用に耐
え得、従ってレーザビーム用通路からガスが漏れること
はない。

この装置は、先に述べたような公知装置に比べれば幾つ
かの問題点を解決してはいるが、弾道弾に適用するには
必要な占有スペースが大きすぎるという問題点をなお有
する。特に、円錐台形レンズは該レンズから比較的離隔
して位置する１つまたは２つの別のレンズと関連付けら
れており、かつ比較的大きい直径を有する。そのうえ、
この装置の密閉性は未だ不十分である。

本発明は、先行技術による光学的起爆装置に比較して改
善された密閉性を有する小型の光学的起爆装置を提供す
る。

フランス特許公開第２３１１９５２号から、熱収縮性プ
ラスチック外被を用いてレンズを中空ボディ内に保持す
ることも公知である。そのような熱収縮性外被は爆発の
分野で用いられ得ない。即ち、プラスチック外被と爆薬
との間に化学的不適合性が存在する（分子間移動が爆薬
の“減感″を惹起し、その結果爆轟または爆燃が起こら
ない恐れが有る）。爆発の分野において減感物質とは、
衝撃及び摩擦に対する爆薬の感度を低下させる物質のこ
とである。

更に、熱収縮性外被は非常に制限された厚みを有し、そ
の結果中空ボディにおける機械的強度の回復の問題、及
び解決されない密閉性の問題（外被の円筒形状に歪みが
有ること、特別の使用条件下にプラスチック材料が経年
劣化すること、及び外被が振動によってずれる恐れが有
ること）が生起する。！＆後に、熱収縮性外被の装着に
は１２５℃に達する温度上昇が必要である。

本発明は特に、小型の光学的起爆装置であって、一端を
密閉された、爆発性物質を収容する中空ボディと、中空
ボディの入り口に取り付けられた形状記憶合金もしくは
形状記憶金属製フェルール内に挿入された硬質の屈折率
分布型マイクロレンズ証し、マイクロレンズは所与の波
長の高エネルギ光線束を爆発性物質上に集束させる光学
的起爆装置を提供する。

光線束を爆発性物質上に集束させるのにマイクロレンズ
即ち小型レンズを用いることによって、光学的起爆装置
の占有スペースを直径と長さとの両方に関して大幅に縮
小することができる。上記マイクロレンズを、以後“主
マイクロレンズ′°と呼称する。

主マイクロレンズの装置ボディ内での固定を接着によっ
て実施することは可能であろう、しかし、その場合には
、使用接着剤と爆発性物質とが不適合で、その結実装置
の性能が低下したり、マイクロレンズと装置ボディとの
機械的結合の密閉性が不十分になったり、接着剤の経年
劣化が早まったりする事態が出来する恐れが有るといっ
た、幾つかの不都合がもたらされる。

従って、主マイクロレンズが装置ボディ内に十分な密閉
性を実現しつつ完全に固定されること、並びに温度及び
時間のいずれに関しても光学及び機械特性が維持される
ことを保証するべく、主マイクロレンズは以後ＳＭ＾と
呼称する形状記憶合金もしくは形状記憶金属から成るフ
ェルールを用いて取り付けられている。このＳＭ＾フェ
ルールは特に、周囲温度において主マイクロレンズの直
径より小さい内径を有する。

主マイクロレンズを上記のように固定すると、該マイク
ロレンズの前段及び後段それぞれにおいて、２分間でｌ
ｏ’Ｐａの前段−後段圧力差の下で１０−５及び１０−
’ｃｍ’／秒を下回るヘリウム漏れ量によって特徴付け
られる密閉性が実現される。即ち、形状記憶材料を用い
ることによってマイクロレンズの形状への密接な適合が
可能となる。

本発明に有用なマイクロレンズは、屈折率分布型マイク
ロレンズ、即ち屈折率が半径方向においてレンズの中心
から外周へと漸次低下するマイクロレンズや、全体で−
様な屈折率を有するガラス球である。

好ましくは、円形底面を有する柱状に形成された屈折率
分布型マイクロレンズが用いられる。このマイクロレン
ズの長さは３■から１５ｍｍまで様々であり、またその
直径は３１未満で、特に１．１．８または２１である。

しかし、円錐台形のマイクロレンズを用いることも可能
である。

特に取り付は前の主マイクロレンズの初期光学特性を維
持しながら適当な取り付けを実現するために、マイクロ
レンズ直径りのフェルール内径ｄに対する比は周囲温度
で１．００５≦Ｄ／ｄ＜　１．０２０とされる。

更に、フェルールの厚みは約０．９ａｕａであることが
望ましい、即ち、フェルールの厚みが０，９Ｉを越える
とマイクロレンズに亀裂や割れ目が生じ、一方０．！３
＋＋ｍに達しないと密閉性が、先行技術装置の場合より
は優れるにしても不十分となる。マイクロレンズの固定
には重量が影響すると考えられる。

コネクタにおいて光フアイバ同士を心出しし、及び／ま
たは接続するのに形状記憶金属部材を用いることは、米
国特許第４７４３０８４号及び第４３５２５４２号から
公知である。しかし、これまで爆発の分野で、密閉を実
現する形状記憶合金もしくは形状記憶金属製フェルール
を用いてマイクロレンズの取り付けが行なわれたことは
ない。

主マイクロレンズをＳＭ＾フェルールによって取り付け
ると、起爆装置が機能する以前も以後も該マイクロレン
ズは完全に固定され、従って爆発によって生じたガスが
装填物の点爆に用いられるレーザ光源の方へ漏れること
は一切防止される。そのうえ、本発明による主マイクロ
レンズの取り付けは装填物を爆発させる光線束の、取り
付けられたマイクロレンズを通過する際の変形及び減衰
を惹起しない。

ＳＭ＾は、低温で応力を掛けられることによって変形し
得、かつ加熱されることによって元の形状を回復し得る
材料である。上記現象は、可逆的な熱弾性マルテンサイ
ト型変態に関連付けられる驚くべき然機械特性の１つで
ある。マルテンサイト相は、上記材料の低温での結晶組
織である。高温相はオーステナイト組織に対応する。

形状記憶効果には、可逆的であるものとないものとが有
る。元の形状を回復した材料を、該材料の温度を低下さ
せても先の低温での応力付与によって実現された形状に
戻し得ない場合、形状記憶効果は可逆的でない。材料を
適当に処理した後、単にその温度を低下させるだけで材
料を応力付与によって実現された形状に戻し得る場合は
、形状記憶効果は可逆的である。温度のみに従属してオ
ーステナイト形態とマルテンサイト形態との間を何度も
往復することを、可逆的形状記憶効果と呼称する。

本発明では不可逆的形状記憶金属材料が有利に用いられ
、なぜならフェルールとマイクロレンズとのアセンブリ
は分解されないからである。

本発明に用いられる公知の形状記憶金属材料は、鉄ベー
スの合金（Ｆｅ−Ｃ，Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉなど）、
銅合金または貴金属の合金（Ｃｕ−Ｚｎ、　Ｃｕ−５ｎ
、　Ｃｕ−＾１、ＣｕＺｎ−＾１、Ｃｕ−Ｚｎ−＾１−
Ｎｉ、Ｃｕ−＾１−Ｎｉ、八ｇ−Ｃｄ、＾ｕ−Ｃｄなど
）、チタン及び／またはニッケルをベースとする合金（
Ｎｉ４ｉ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｆｅ、　Ｎｉ−＾１など）、ま
たは成る種の純金属（Ｃｏ、Ｔｉ、　Ｎａ）であり得る
。材料の選択及び様々な成分の相対比率の決定は、変態
の特性、特にマルテンサイト相からオーステナイト相へ
の遷移温度と、用途に関連する温度範囲と、所望の形状
記憶効果（可逆的か、不可逆的か）とに従属する。

変態ヒステリシスが小さく、加工し易く、かつ比較的低
コストであるため、特にＣｕ−Ｚｎ−＾１合金が用いら
れ、この合金の一り１０℃〜＋１２０℃々ある温度特性
は所期の用途に完全に適合する。

通常、起爆装置に入射する光線束は発散性である。その
ため、主マイクロレンズから射出する光線束を爆発性物
質上により良好に集束させ、それによって光学的点爆の
効率を高めるべく主マイクロレンズの前段に、光ケーブ
ルによってレーザ光源からもたらされる光線束を平行に
する補助マイクロレンズが取り付けられている。

補助マイクロレンズは円柱形または球形である。

その直径は３ｎ＋ｍ未満であり、またその長さ（円柱形
である場合）は２〜１０１１１１１１である。このマイ
クロレンズは、全体で一様であるかまたは中心から外周
に向かって漸次低下する屈折率を有し得る。

本発明の光学的起爆装置では、該装置の爆発前の密閉性
を高めるため先行技術装置の場合に異なり、一体型の中
空ボディが有利に用いられている。

上述のような本発明起爆装置は、ミサイル等に設置され
得る高エネルギ爆発型の光学的連続起爆ユニットの構成
に用いられる１本発明は、上記光学的連続起爆ユニット
も提供する。

本発明の別の特徴及び利点は、添付図面を参照して行な
う以下の非限定的な説明から明らかとなり得る。

第１図に概略的に示した光学的連続起爆ユニットはレー
ザステーション１０を含み、レーザステーション１０は
実質的に、波長１１０６０ｎの近赤外線のコヒーレント
光線束を発するレーザ光源１１を具備しており、このレ
ーザ光源１１は光学的切り替えシステム１３を介して複
数の、コアがシリカであるステップ型光ファイバ１２に
接続されており、光ファイバ１２はレーザビームを本発
明による小型の光学的起爆装置１４に伝送する。複数存
在する起爆装置１４は、第１図に一点鎖線で示した、互
いに離隔して位置する複数の支持体１６にそれぞれ配置
され得る。支持体１６は特に、装置１４によって起爆さ
れるべき主装填薬を収容した容器もしくは装置の壁であ
る。

前記容器もしくは装置は特に点爆装置、または推進装置
の点火装置のための中継部を構成する。

第２図の断面図に示したように、各小型装置１４は、全
体に管形であるステンレススチール製の−体型ボディ１
８を有し、このボディ１８は直径が−様な円柱形の凹部
もしくは穴２０を具えている。穴２０の、レーザステー
ション１０側でない方の端部は、ボディ１８と一体に形
成された覆い壁２２によって密閉されている。穴２０は
爆発性物質２４を受容し、物質２４は薄い壁２２と接触
している。爆発性物質２４は点火薬のような単独装填薬
であるか、または点爆薬のような、起爆薬と強化薬とか
ら成る二重装填薬である。ボディ１８は任意の公知手段
、特にねじ留めによって支持体１６に取り付けられてい
る。支持体１６とボディ１８との間に、Ｏリング２６に
よって密閉が実現されている。

本発明によれば、起爆装置ボディ１８の入り口２８に、
屈折率分布型収束レンズである円柱形の主マイクロレン
ズ３０が配置されており、このマイクロレンズ３０は、
例えばＣｕ−Ｚｎ−＾ｌから成る形状記憶合金製フェル
ール３２内に固定されている。フェルール３２とマイク
ロレンズ３０とは同じ長さを有し、かつマイクロレンズ
３０及びフェルール３２の端部同士は揃えられている。

マイクロレンズ３０の取り付は３形状記憶合金製フェル
ール３２を用いて行なうと、池のいかなるパツキンを用
いた場合より優れた密閉性がマイクロレンズ３０とフェ
ルール３２との間に実現される。

また、マイクロレンズの直径は小さいので、この大きさ
のシールを構成しようとすれば重大な技術的問題が生じ
よう。このことは、フェルールを囲繞するシールにも該
当する。

マイクロレンズ３０とフェルール３２とのアセンブリは
ボディ１８の穴２０内に配置されており、その際該アセ
ンブリのレーザステーション１０側でない方の端部３１
は爆発性物質２４と接触している。それによって、爆発
前の爆発性物質２４が周囲の環境から保護され、同時に
周囲の環境も爆発で生じるガスから保護される。端部３
１は通常、蒸着したアルミニウムから成る、好ましくは
単層の金属コーティング３５で被覆されている。コーテ
ィング３５の厚みは約１０ｏｎ−である、金属コーティ
ング３５を設けることによって、爆発性装填薬２４の点
爆しきい値を１／１００に低下させることができる。当
然ながら、アルミニウム以外の材料、例えば有機材料を
用いることも可能であろう、更に、コーティング３５は
不可欠ではない。

マイクロレンズ３０とフェルール３２とのアセンブリの
長さは、該アセンブリの端部３１とは反対の側の端部３
３がボディ１８の入り口ｚ８から突出するように規定さ
れている。

段付き穴３６を具えた、全体に管形であるコネクタ３４
が、ボディ１８の入り口２８に固定されている。

そのために、コネクタ３４のレーザステーション１０側
でない方の端部に、ボディ１８の入り口２８に当接する
フランジ３７が設けられており、その際ボディ１８もフ
ランジ３９を具えている。環状のレーザ溶接部４２がコ
ネクタ３４とボディ１８とを、フランジ３７及び３９を
介して結合している。コネクタ３４の穴３６のレーザス
テーション１０側でない方の端部に、マイクロレンズ３
０とフェルール３２とのアセンブリの端部３３に当接す
るショルダ３８が設けられており、このショルダ３８に
よって上記アセンブリはボディ１８内にロックされてい
る。

コネクタ３４とボディ１８との間の密閉性及びフェルー
ル３２とボディ１８との間の密閉性は、フランジ３７及
び３９のレベルに配置されたＯリング４０と、コネクタ
３４をボディ１８に固定するレーザ溶接部４２とによっ
て実現されている。更に、コネクタ３４の穴３６のショ
ルダ３Ｂ近傍に設けられた環状のレーザ溶接部４４がマ
イクロレンズとフェルールとのアセンブリの固定を完璧
にし、かつフェルール３２とボディ１８との間の密閉性
に寄与する。

コネクタ３４のレーザステーション１ｏ側の入り口は、
光源１１によって発せられたレーザビームを伝送する光
ファイバ１２を受容する。

レーザステーション１０からもたらされるレーザビーム
は通常発散性である。このビームを爆発性物質２４上に
より良好に集束させるため、補助的な収束マイクロレン
ズ４６が主マイクロレンズ３０の前段に取り付けられて
いる。マイクロレンズ４６は円柱形の屈折率分布型マイ
クロレンズで、円形の底面を有する。マイクロレンズ４
６は、コネクタ３４内に配置された、段付き穴を具えた
管形レンズホルダ４８内に設置されている。レンズホル
ダ４８は、コネクタ３４の穴３６のショルダ４９によっ
て位置決めされている。

マイクロレンズ４６は、該マイクロレンズ４６の全外周
を被覆する接着剤コーティングによってレンズホルダ４
８内に固定されている。同様に、レンズホルダ４８もコ
ネクタ３４内に接着によって固定されており、その際接
着フィルムはレンズホルダ４８とコネクタ３４との当接
部の全体を被覆している。

起爆装置１４の占有スペースの節減のため、レンズホル
ダ４８のレーザ光源１１側でない方の端部はフェルール
３２のレーザ光源１１側端部と＠械的取り付けによって
接触している。

光ファイバ１２は、該ファイバ１２のレーザ光源１１側
でない方の端部１３をマイクロレンズ４６のレーザ光源
１１側端部４５と接着剤で結合することによって、コネ
クタ３４内に固定されている。コネクタ３４のねし山付
き端部に捩じ被せられたナツト４７によって、ファイバ
１２はコネクタ３４内に完全に固定され得る。

レンズホルダ４８内に設置されたマイクロレンズ４６を
具備したコネクタ３４と、フェルール３２内に設置され
たマイクロレンズ３０を具備したボディ１８とのアセン
ブリは本発明によれば分解できない。

光ファイバ１２から射出した光線束が良好に、即ち極小
損失しか生じずに爆発性物質２４に達するように、光フ
アイバーマイクロレンズ系の光軸は起爆装置１４の回転
軸線４１に一致させである。従って、コネクタ３４、ボ
ディ１８、マイクロレンズ３０及び４６、フェルール３
２並びにレンズホルダ４８は同軸に配置されている。

本発明によれば、光学的起爆装置１４はマイクロレンズ
３０の前段及び後段において、２分間で１０５Ｐａの前
段−後段圧力差に関し１０−５及び１０−’ｃｇ＋３／
秒を下回るヘリウム漏れ量によってそれぞれ規定される
密閉性を有するが、このような密閉性が得られるのは本
発明により主マイクロレンズ３０の外径りが周囲温度に
おいて、該マイクロレンズ３０を収容するフェルール３
２の穴の内径ｄより僅かに大きいからである。マイクロ
レンズ３０に欠陥を生じることなく十分な固定が実現さ
れるように、比Ｄ／ｄは周囲温度で１．００５以上１．
０２０未満に選択されている。

本発明によれば、補助マイクロレンズ４６は光ファイバ
１２の端部１３から射出した光線束を平行光線束に変え
、この平行光線束はマイクロレンズ３０によって爆発性
物質２４上に集束する。レーザによって点爆されると、
装填薬２４は発火し、かつ衝撃波源を構成し、装填薬２
４中を伝搬した衝撃波はボディ１８の薄い壁２２を破壊
して、支持体１６に収容された主装填薬を点火または点
爆する。

本発明によれば、第２図に示した装置１４は小型である
。装置１４は、例えばフランジ３９後方の外径が１２１
であり、また内径は４．２ｍｍ、長さは１９．４＋ｎｍ
であるボディ１８を含む光学的起爆装置の形態を有する
。コネクタ３４は６　、４ｍｍの最大外径を有し、かつ
マイクロレンズ４６の位置に２．９ｍｍの最小内径を有
する８周囲温度において、フェルール３２の外径は３．
８ｍｍ、内径は１．９８ｎ＋ｍ、長さは１１．５ｍｍで
ある。

マイクロレンズ３０の直径は２ｍｍ±５Ｘ１０−”ｍで
あり、また長さは１１５ｍｍである。マイクロレンズ４
６の直径は２１１１１１１、長さは２８ｍｍである。

以下に第３図を参照して、円柱形マイクロレンズ３０を
形状記憶合金フェルール３２内に挿入する方法を説明す
る。最初の段階を符号１で示す。周囲温度（約２０℃）
において、形状記憶合金フェルール３２は、その内径が
マイクロレンズ３０の直径りより小さい値ｄを有する記
憶状態（最初の相）に有る。

段階２は、フェルール３２を一１９６℃の液体窒素に浸
漬して、フェルール材料をマルテンサイト変態させるこ
とから成る。マイクロレンズ３０の直径りより大きい直
径Ｄ′を有する円柱形スケール５０または球形スケール
を用いてフェルール３２の内径ｄを、マイクロレンズ３
０の直径りより大きい値ｄ′となるように拡大する。こ
の内径拡大作業は、熱収縮性プラスチック外被の場合の
ように高温で実施するのではなく、フェルール３２を液
体窒素中に保持したまま低温で実施する。これが段階３
である。

段階４は、液体窒素の温度に維持したままのフェルール
３２からスケール５０または球形スケールを除去するこ
とから成る。その後、段階５において、なお低温に維持
したフェルール３２にマイクロレンズ３０を挿入する。

得られたフェルール３２とマイクロレンズ３０とのアセ
ンブリを加熱して周囲温度に戻す。それによって、フェ
ルール３２を構成する材料は最初の形状を収り戻す。特
に、フェルール３２の内径が値ｄに戻ることによってマ
イクロレンズ３０は確実に固定される。

円柱形の屈折率分布型レンズである主マイクロレンズ３
０に替えて、第４図に示したように球形のマイクロレン
ズ３０ａを用いることも可能である。

その場合、形状記憶材料フェルール３２ａの内径はもは
や一様でなく、部分３２ｂにおいて球形マイクロレンズ
３０ａの形状に適合して拡大されており、この部分３２
ｂにおけるフェルール内径ｅは周囲温度において球形マ
イクロレンズ３０ａの直径Ｅより小さい。

第２図を参照して説明した起爆装置１４は、真直な入り
口を有する光学的コネクタ３４を含む。多重チャネル式
の光学的連続起爆ユニット（第１図）では、第５図に示
したような屈曲コネクタ３４ａを用いることが、該ユニ
ットの長手方向占有スペースを節減するうえで有利であ
り得る。上記長手方向占有スペースは実質的に光ファイ
バ１２の、８０ｓ＋ｍ以上である曲率半径Ｒ（第１図）
に従属する。コネクタを直角に屈曲することによって、
光ファイバ１２が起爆装置１４の支持体１６の表面に対
して平行に位置する場合の支持体１６と光ファイバ１２
との間隔りを、他の条件が総て同じであれば８〜１２０
Ｉｌ＋ｆｆｌ狭めることができる。

第５図の例において、光学的コネクタ３４ａの穴３６ａ
の屈曲部５１には直角プリズム５３が配置されており、
このプリズム５３は補助マイクロレンズ４６からの光線
束を主マイクロレンズ３０に向けて全反射する。

研究の結果、様々なパラメータ同士の間に、即ちフェル
ールの内径と、フェルールの外径と、フェルール内壁の
粗さと、所定のパラメータである主マイクロレンズの直
径と、フェルールの内径の拡大方法との間に非常に緊密
な相関関係が存在することが判明した。即ち、主マイク
ロレンズの機械的損傷を回避しつつ所定の密閉レベルを
達成するには、上記相関関係を確定することが重要であ
る。

開発試験により、所与の主マイクロレンズに関して上記
諸パラメータの最適値を決定することができた。結果を
表Ｉに示す。

表Ｉにおいて、Ｘ印は行なった試験で採用した方に付し
である。また、形状記憶材料フェルールの内径を拡大す
る作業は一１９６°Ｃで先に述べたように行ない、その
除用いた円柱形または球形スケールの直径は２．０２ｍ
ｍであった。

表１の試験＾、Ｂ、　Ｃ及びＤで得られた固定に関する
結果は、マイクロレンズに過剰な締め付は力が掛かった
ためマイクロレンズ内部に亀裂が生じたという点で不十
分であった。しかし、試９Ｅ及びＦでは（油圧１０’Ｐ
ａで）良好な締め付けが実現し、その際フェルール内壁
の粗さは、ヘリウム漏れ量１０−６及び１１０−５ａ’
／秒によってそれぞれ特徴付けられるマイクロレンズ前
段及び後段の密閉性に関する結果にほとんど影響しなか
った。

マイクロレンズの直径を１．８ｍｍとし、フェルールの
内径を１．７８ｎ＋ｉ、外径を２．５ｍｍとしたところ
、試験Ｅ及びＦと同等の結果が得られた。

上記各試験は、処理ガラス製マイクロレンズと、６８重
量％のＣｕ、２８重量％のＺｎ及び４重量％の＾１から
成るフェルールとを用いて行なった。フェルール形成材
料のＣｕ−Ｚｎ−＾Ｉは、起爆装置での必要性を満たす
べく不可逆的な形状記憶効果を有し、この材料から成る
フェルールは自身の内部に設置されたマイクロレンズと
分離され得ない。フェルール内径を拡大するのに用いた
円柱形及び球形スケールはステンレススチールから成り
、ステンレススチールの寸法特性は温度が周囲温度がら
液体窒素の温度まで変化しても変わらない。

本発明による光学的起爆装置は、主マイクロレンズとフ
ェルールとのアセンブリが取り付けられた後十分な密閉
性を有しなければならず、また設置された主マイクロレ
ンズを透過中のレーザビームが変形及び減衰せず、光学
及び機械特性が１１０〜＋１００℃の温度範囲で１０年
もの間維持される装置でなければならない６ 本発明の成果を検証するべく、次のような幾つかの確認
試験を行なった。

ａ　）　　　　　＋７）　ＬＬ 質量分光計での漏れ量測定試験の結果は幾つかに分かれ
た。特に、試験Ｅ（表１参照）で、フェルール内壁の粗
さが０．８Ｘ１０−６＋ｎである場合には、ヘリウム漏
れ量は１０づｃｎ＋”７秒を下回った。

ｂ）　レー　ビームの亦５の１− この測定は第６図に示した装置を用いて行なった。コア
直径が６００μｍである光ファイバ５２の射出面の像を
、２つの同等のガラス製屈折率分布型マイクロレンズ５
４及び５６を用いて倍率１で投影した。

中心の屈折率ｎ。が１，６であるマイクロレンズ５４及
び５６の屈折率は、法則 ｎ、＝ｎｏ（１−＾、”／２） に従い外周に向かって漸次低下し、その際ｍよマイクロ
レンズ５４．５６の一定の四衾憬折率勾配であり、「は
マイクロレンズ５４．５６の半径である。

本発明によれば、主マイクロレンズとして機能するマイ
クロレンズ５６は、第３図を参照して説明したようにし
てＣｕ−Ｚｎ−＾１フェルール内に設置されている。マ
イクロレンズ５４は補助マイクロレンズとして機能する
０発光ダイオード６０の発する光が、ベースによって光
ファイバ５２に結合される。

第１のマイクロレンズ５４は光ファイバ５２の端部に、
接着によって固定されている。このアセンブリは、定置
された検査されるべきマイクロレンズ５６と位置合わせ
され得るように、マイクロメートル変位モジュール５７
内に保持されている。

第２のマイクロメートル変位モジュール６１は、光ファ
イバ５２より細い光ファイバ６２（コア直径８５μｍ）
を変位させて、マイクロレンズ５６から射出する光線束
の像点の直径を測定することを可能にする。測定ファイ
バ６２と検査されるべきマイクロレンズ５６との間隔は
約２０μｍであり、マイクロレンズ５４と５６との間隔
は約０．１ｍｍである。

線図テーブル６４により、ファイバ６２が検出する光線
束の輪郭は該ファイバ６２のＸＹ方向変位との関連で視
覚的に表示され得る。線図テーブル６４は、ファイバ６
２が受は取った光信号を電気信号に変換する測光器６６
と接続されている。

低温で拡大する前のフェルール内径との関連で得られた
測定結果を表■にまとめる。

表Ｈに掲げた測定結果は、本発明による主マイクロレン
ズ設置方法が光線束の光路に殆ど影響を及ぼさずに実施
されることを示す。

ｃ）　　゛　　　　の　　　の この測定も第６図の装置で行なったが、その際測光器６
６のセルを、測定用光ファイバ６２がらの出口に配置す
る替わりにマイクロレンズ５６からの出口に配置した。

減衰はデシベルを単位として測定し、かつマイクロレン
ズ５４から射出する光のパワーの値を基準としてそのパ
ーセンテージを求めた。

低温で拡大する前のフェルール内径との関連で得られた
測定結果を表■にまとめる。

表■に掲げた測定結果は、本発明による主マイクロレン
ズ設置方法が光線束の減衰に殆ど影響を及ぼさずに実施
されることを示す。

ｄ）４庁　Ｐ　・の゛ 本発明による光学的起爆装置に２種の温度環境試験、即
ち各々−１０℃と＋４０℃との２レベルを有し、かつこ
れらのレベル間での温度変化の速度が２℃／分である４
つの６時間温度く乾燥熱）サイクルを付与する試験と、
２０℃で１５分間安定化した装置に１００°Ｃへの１分
間加熱を５回施して実現する熱衝撃を付与する試験とを
実施し、その際再試験は別個の装置に対して実施した。

上記２種の温度環境試験を実施する前及び後の特性から
、表■及び■に掲げた測定結果の悪化は認められなかっ
た。

表−■ 拡大前のフェ ルール内径 （ｍＩＩ） １．９８ １．９７ １．９６ マイクロレンズによって結像された 光フアイバ像の直径　　（ＸＩＯ−’ｍ）設置前 ５６５〜５７０ ６５ ５６５〜５７０ 設置後 ８１ ７１ ５７０〜５７４ 六−皿 マイクロレンズによる減衰 拡大前のフェ ルール内径 （龍） １．９８ １．９７ １．９６ 設置前 （ｃｌ１３）　　　（％） ０．１９　　−４．３ ０．２０　　−４．５ ０．２０　　−４．５ 設置後 （ｄＢ）　　　（％） ０．１４　　−３．２ ０．２５　　−５．６ ０．１９　　−４．３

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学的連続起爆ユニットを示す説
明図、第２図は本発明による光学的起爆装置の一例の概
略的断面図、第３図は本発明により主マイクロレンズを
形状記憶材料製フェルール内に挿入する方法の概略的説
明図、第４図は本発明による主マイクロレンズ及びフェ
ルールの変形例を示す説明図、第５図は本発明による起
爆装置の変形例を示す説明図、第６図は第２図に示した
装置の主マイクロレンズによってレーザビームが変形し
ていないか検査するのに用いられる設備を概略的に示す
説明図である。 １４・・・・・・光学的起爆装置、１８・・・・・・ボ
ディ、２４・・・・・・爆発性物質、３０・・・・・・
主マイクロレンズ、３２・旧・・フェルール ！１１１ ０つ − ＲＧ、　４ ＦＩＧ、　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）小型の光学的起爆装置であつて、一端を密閉され
   た、爆発性物質を収容する中空ボディと、中空ボディの
   入り口に取り付けられた形状記憶合金もしくは形状記憶
   金属製フェルール内に挿入された硬質の屈折率分布型マ
   イクロレンズとを具備しており、その際フェルールはマ
   イクロレンズが中空ボディ内に緊密に固定されることを
   保証し、マイクロレンズは所与の波長の高エネルギ光線
   束を爆発性物質上に集束させる光学的起爆装置。 （２）マイクロレンズが直径３ｍｍ未満の円柱形または
   球形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。 （３）形状記憶材料製フェルールの内径が周囲温度にお
   いてマイクロレンズの直径より小さいことを特徴とする
   請求項１に記載の装置。 （４）形状記憶材料が不可逆的記憶材料であることを特
   徴とする請求項１に記載の装置。（５）マイクロレンズ
   直径Ｄのフェルール内径ｄに対する比が周囲温度におい
   て１．００５≦Ｄ／ｄ＜１．０２０であることを特徴と
   する請求項３に記載の装置。 （６）フェルールの厚みが周囲温度において約０．９ｍ
   ｍであることを特徴とする請求項１に記載の装置。 （７）ボディが一体に形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の装置。 （８）ボディとフェルールとの間に密閉手段が設置され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 （９）フェルール内に挿入されたマイクロレンズの前段
   に、光線束を平行にする補助マイクロレンズが取り付け
   られていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 （１０）ボディ入り口に光学的コネクタが設置されてお
   り、このコネクタはフェルールがボディ内で所定位置に
   保持されることと光線束の供給とを部分的に保証するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の装置。 （１１）コネクタが屈曲しており、このコネクタは光線
   束をフェルール内に挿入されたマイクロレンズの方へ向
   ける手段を具備していることを特徴とする請求項１０に
   記載の装置。 （１２）ボディとフェルールとの間に設置された密閉手
   段がコネクタとボディとの間に位置することを特徴とす
   る請求項１０に記載の装置。 （１３）所与の波長のレーザビームを発するレーザ光源
   と、少なくとも１つの請求項１に記載の光学的起爆装置
   と、レーザ光源によって発せられたレーザビームを光学
   的起爆装置に伝送する光ケーブルとを含む連続起爆ユニ
   ット。 （１４）請求項１に記載の光学的起爆装置に取り付けら
   れる形状記憶合金もしくは形状記憶金属製フエルール内
   に屈折率分布型の硬質マイクロレンズを挿入する方法で
   あって、第１の温度で第１の結晶相を有する金属製フェ
   ルールを用い、その際第１の温度でのフェルールの内径
   はマイクロレンズの直径より小さく、このフェルールの
   温度を、該フェルールを構成する金属もしくは合金が第
   ２の結晶相を有する第２の温度まで低下させ、第２の温
   度に維持したフェルール内にマイクロレンズの直径より
   大きい直径を有する円柱形または球形スケールを挿入し
   、第２の温度に維持したフェルールから円柱形または球
   形スケールを取り出し、第２の温度に維持したフェルー
   ル内にマイクロレンズを挿入し、フェルールとマイクロ
   レンズとのアセンブリを加熱して第１の温度に戻すこと
   から成る、請求項１に記載の装置に取り付けられるフェ
   ルール内にマイクロレンズを挿入する方法。