JPH04118540A - 光学部品の欠陥検出方法及びその装置 - Google Patents

光学部品の欠陥検出方法及びその装置

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JPH04118540A
JPH04118540A JP23706990A JP23706990A JPH04118540A JP H04118540 A JPH04118540 A JP H04118540A JP 23706990 A JP23706990 A JP 23706990A JP 23706990 A JP23706990 A JP 23706990A JP H04118540 A JPH04118540 A JP H04118540A
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JP
Japan
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optical
optical component
polarizing plate
measurement light
light beam
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JP23706990A
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Inventor
Akira Iwazawa
岩沢 晃
Iwao Hatakeyama
畠山 巌
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光学部品の欠陥やその位置を高精度に検出し
得る方法及びこの方法を実現するための装置に関し、特
に単結晶光ファイバ等の短尺な異方性の結晶光学部品に
応用して好適なものである。
〈従来の技術〉 光通信用の伝送路として光ファイバを用いる場合、優れ
た特性の光ファイバを採用する必要上、様々な評価方法
が検討されて来た。
例えば、各光ファイバのクラッド部に対するコア部の偏
心状態、或いは伝送損失や帯域特性やモード分布等の伝
送特性、損傷箇所等の欠陥検査、引っ張り曲げ試験等が
従来から知られた主要な特性の評価方法である。とりわ
け、損傷箇所等の欠陥検査は、光ファイバの製造時やケ
ーブル敷設後における設備管理の際に、極めて重要性の
高い特性評価項目である。
光ファイバにおける損傷箇所等の欠陥検査に際し、従来
ては光ファイバの一端側から入射した光が損傷箇所で反
射を起こすことを利用し、検査用の光が光ファイバの一
端側と損傷箇所との間を往復するに要した時間に基づき
、上述したや損傷箇所を標定するパルスエコー法が採用
されている。つまり、光ファイバに入力された光パルス
と損傷箇所で反射した光パルスとの時間間隔を求めるこ
とによって、光ファイバの損傷箇所の位置を検知するも
のである。
一方、上述した光ファイバに限るものではないが、光学
的に透明な光学部品の欠陥や残留応力を評価する方法と
して、光弾性測定法が知られている。この光弾性測定法
は、被測定物を直交ニコルの関係に設定した二枚の偏光
板の間に置き、この被測定物に外部より力を加えた状態
で測定用光束を透過させ、検光子を通過した測定用光束
の光強度を検出するものである。これによって、材質の
残留応力や屈折率分布或いは欠陥等を判定することがで
きる。しかも、照射面積の大きな光源と大きな偏光板と
を用いることによって、光学部品中における上述した特
性のばらつきを一括して測定できる特徴がある。
〈発明が解決しようとする課題〉 パルスエコー法による光学部品の欠陥検査は、特に長尺
の光ファイバに対して有効な方法であるが、被測定物の
長さが短い単結晶光ファイバ等では、この単結晶光ファ
イバの入射端で反射する不要なエコーパルスと損傷箇所
で反射するエコーパルスとの違いを判別することが非常
に難しく、不要なパルスエコーが邪魔をして検出精度が
落ちてしまい、高精度な測定が困難であった。
一方、従来の光弾性測定法による光学部品の欠陥検査で
は、二枚の偏光板を通過後の測定用光束の光強度が小さ
いく、高分解能な測定が困難なことから細径である光フ
ァイバ等の測定には不適当であった。
〈発明の目的〉 本発明は、従来の光弾性測定法による測定の分解能が不
十分である点を解決し、特に単結晶光ファイバ等の細径
で短尺な光学部品の欠陥やその位置の検出を可能とする
方法並びにこの方法を実現し得る装置を提供することを
目的とする。
く課題を解決するための手段〉 第一番目の本発明による光学部品の欠陥検出方法は、偏
光状態にある測定用光束を光学部品の一端側から入射さ
せると共にこの光学部品に熱応力を発生させ、この光学
部品及び該光学部品の他端側に配置された偏光板を透過
した前記測定用光束の強度分布の経時的変化に基づき、
前記光学部品の欠陥位置を検出するようにしたことを特
徴とするものである。
この第一番目の発明の方法を実現し得る第二番目の本発
明による光学部品の欠陥検出装置は、光学部品の一端側
にレーザ光を照射して当該光学部品に熱応力を発生させ
るレーザ発振器と、前記光学部品の一端側に向けてパル
ス状の測定用光束を一定時間毎に入射させる測定用光源
と、この測定用光源と前記光学部品との間に介装されて
前記測定用光束を偏光状態で前記光学部品の一端側に導
く第一の偏光板と、前記光学部品を挾んでこの第一の偏
光板と対向する第二の偏光板と、この第二の偏光板を挾
んで前記光学部品と対向すると共に当該第二の偏光板を
透過した前記測定用光束の強度分布を検出する撮像カメ
ラとを具えたものである。
又、第三番目の本発明による光学部品の欠陥検出方法は
、光学部品が側端部に取り付けられた光学ブロックの一
端側から偏光状態にある測定用光束を入射させると共に
前記光学ブロックの反対側から前記光学部品に向けてレ
ーザ光を照射し、前記光学ブロック及び該光学ブロック
の他端側に配置された偏光板を透過した前記測定用光束
の強度分布の経時的変化に基づき、前記光学部品の欠陥
を検出するようにしたことを特徴とするものである。
この第三番目の発明の方法を実現し得る第四番目の本発
明による光学部品の欠陥検出装置は、側端面にマツチン
グオイルを介して光学部品が取り付けられる光学ブロッ
クと、この光学ブロックの反対側から前記光学部品の側
端面にレーザ光を照射して当該光学部品に熱応力を発生
させるレーザ発振器と、前記光学部品に対する前記レー
ザ光の照射位置を順次ずらして行くレーザ光移動手段と
、前記光学ブロックの一端側に向けてパルス状の測定用
光束を入射させる測定用光源と、この測定用光源と前記
光学ブロックとの間に介装されて前記測定用光束を偏光
状態で前記光学ブロックの一端側に導く第一の偏光板と
、前記光学ブロックを挾んでこの第一の偏光板と対向す
る第二の偏光板と、この第二の偏光板を挾んで前記光学
ブロックと対向すると共に当該第二の偏光板を透過した
前記測定用光束の強度分布を検出する撮像カメラとを具
えたものである。
更に、第五番目の本発明による光学部品欠陥検出方法は
、側端部に基準となる光学部と検査すべき光学部品とが
交換して取りけられる光学ブロックの一端側がら偏光状
jにある測定用光束を入射させると共に前記:学部界に
超音波振動を与え、前記光学ブロク及び該光学ブロック
の他端側に配置され。
偏光板を透過した前記測定用光束における1記基準とな
る光学部品と検査すべき光学部−とでの強度分布の相違
に基づき、前記検査iべき光学部品の欠陥を検出するよ
うにした、とを特徴とするものである。
この第五番目の発明の方法を実現し得る3六番目の本発
明による光学部品の欠陥検出3置は、側端面にマツチン
グオイルを介してう学部界が取り付けられる光学ブロッ
クと、1記光学部品に取り付けられて当該光学部品番超
音波振動を与える超音波振動子と、前記y学ブロックの
一端側に向けて測定用光束をし射させる測定用光源と、
この測定用光源とn記光学ブロックとの間に介装されて
前記測定用光束を偏光状態で前記光学ブロックの一端側
に導く第一の偏光板と、前記光学ブロックを挾んでこの
第一の偏光板と対向する第二の偏光板と、この第二の偏
光板を挾んで前記光学ブロックと対向すると共に当該第
二の偏光板を透過した前記測定用光束の強度分布を検出
する撮像カメラとを具えたものである。
く作用〉 第一番目及び第二番目の発明では、レーザ発振器からの
レーザ光を光学部品の一端側に照射して当該光学部品に
熱応力を発生させる一方、測定用光源からのパルス状の
測定用光束を第一の偏光板を通して一定時間毎に光学部
品の一端側から入射させる。そして、光学部品及びこの
光学部品の他端側に配置された第二の偏光板を透過した
前記測定用光束の強度分布の経時的変化を撮像カメラに
よって観察し、光学部品の欠陥位置を検出する。
又、第三番目及び第四番目の発明では、マツチングオイ
ルを介して光学ブロックの側端面に取り付けられた光学
部品の側端面に対し、光学ブロックの反対側からレーザ
発振器からのレーザ光を照射して当該光学部品に熱応力
を発生させる一方、測定用光源からのパルス状の測定用
光束を第一の偏光板を通して光学部品の一端側から入射
させる。そして、光学ブロック及びこの光学ブロックの
他端側に配置された第二の偏光板を透過した測定用光束
の強度分布の経時的変化を撮像カメラによって観察し、
この操作を光学部品に対する前記レーザ光の照射位置を
レーザ光移動手段により順次ずらしてそれぞれ行い、光
学部品の欠陥位置を検出する。
更に、第五番目及び第六番目の発明では、マツチングオ
イルを介して光学ブロックの側端面に取り付けられた光
学部品に対し、この光学部品に取り付けられた超音波振
動子により超音波振動を与える一方、測定用光源からの
測定用光束を第一の偏光板を通して光学部品の一端側か
ら入射させる。そして、光学ブロック及びこの光学ブロ
ックの他端側に配置された第二の偏光板を透過した測定
用光束の強度分布を撮像カメラによって観察し、この操
作を基準となる光学部品と検査すべき光学部品とでそれ
ぞれ行い、測定用光束の強度分布の相違に基づき、検査
すべき光学部品の欠陥を検出する。
〈実施例〉 第一番目の発明の方法を実現し得る第二番目の本発明に
よる光学部品の欠陥検出装置を単結晶光ファイバの欠陥
検査に応用した一実施例の概略構成を表す第1図に示す
ように、単結晶光ファイバ11の一端側には、この単結
晶光ファイバ】1の一端面に向けてパルス状の測定用光
束12を照射するストロボスコープI3が設けられてい
る。このストロボスコープ13と前記単結晶光ファイバ
11の一端面との間には、当該ストロボスコープIIか
らの測定用光束12を平行光束に変換するコリメートレ
ンズ14と、この平行光束を集光して単結晶光ファイバ
11の一端面に入射させる集光レンズ15とが配置され
ている。又、これら集光レンズ15とコリメートレンズ
14との間には、第一の偏光板16が介装され、この第
一の偏光対16を透過した偏光状態の測定用光束12が
、単結晶光ファイバ11の一端面に入射するようになっ
ている。
なお、コリメートレンズ14と集光レンズ15との間に
は、上述した第一の偏光板16の他に本実施例では内径
を10ミリメートルに設定した遮光絞り17も組付けて
いる。
前記単結晶光ファイバ11と集光レンズ15との間には
、測定用光束12の光路に対して反射面が45度傾斜し
た半透明鏡18が設けられており、この半透明鏡18の
側方には、当該半透明鏡18を介して前記単結晶光ファ
イバ11の一端面にレーザ光19を照射することにより
、この単結晶光ファイバ11に熱応力を発生させるNd
−YAG(Neodymiumdoped Yttri
um−Aluminum−Garnet)レーザ等のレ
ーザ発振器20が設置されている。
このレーザ発振器20と前記ストロボスコープ13とは
、図示しない遅延回路が組み込まれたストロボスコープ
駆動装置21を介して連結されており、このストロボス
コープ駆動装置21は、レーザ発振器20からのレーザ
光19の照射を完了した時点から、−定時間後、例えば
0.1マイクロ秒後にストロボスコープ13の発光が開
始されるように、このストロボスコープ13の作動タイ
ミングとその点灯周期とを制御するようになっている。
一方、前記単結晶光ファイバ11の他端側には、この単
結晶光ファイバ11の他端面から出射する前記測定用光
束12の光強度分布を読み取るイメージプロセッサ22
に接続するCCD(Charge Coupled D
evice)等の撮像素子23が配置されている。この
撮像素子23と前記単結晶光ファイバ11との間には、
単結晶光ファイバ11の他端面から出射する測定用光束
12を平行光束に変換するコリメートレンズ24と、こ
のコリメートレンズ24からの平行光束を前記撮像素子
23に導く集光レンズ25とが設けられている。又、こ
れらコリメートレンズ24と集光レンズ25との間には
、前記第一の偏光板16とで直交ニコルを構成する第二
の偏光板26が設けられている。
なお、本実施例ではイメージプロセッサ22にモニタテ
レビ27を接続し、撮像素子23に到達した測定用光束
12の強度分布の経時的変化を視認できるようにしてい
る。更に、前記撮像素子23と集光レンズ25との間に
は、単結晶光ファイバIIを透過したレーザ発振器20
からのレーザ光19を遮断する干渉フィルタ28が介装
されており、本実施例の干渉フィルタ28は中心波長が
505ナノメートルで透過帯域幅が35ナノメートルの
バンドパスフィルタを採用している。
従って、レーザ発振器20からレーザ光19を単結晶光
ファイバ11の一端面から入射させ、このレーザ光19
の照射完了と同期してストロボスコープ13から測定用
光束12を例えば0.1マイクロ秒毎に単結晶光ファイ
バ11の一端面に向けて照射すると、この単結晶光ファ
イバ11の他端面から出射する測定用光束12は、撮像
素子23に取り込まれ、モニタテレビ27にてこの単結
晶光ファイバ11の他端面から出射する測定用光束12
の光強度分布の時間的変化を観察することができる。こ
こで、単結晶光ファイバ11の一部に傷等の欠陥が存在
する場合には、モニタテレビ27による成る時点での単
結晶光ファイバの画像中に、輝度の著しく高い部分のあ
ることが観察される。
例えば、単結晶光ファイバ11として直径が1ミリメー
トルで長さが5ミリメートルのストロンチウム−バリウ
ム−ニオブ酸(S r l−eBa、NbzOs:但し
、nは2以上の整数)にセレン(Ce)を0.05%添
加したものを用い、この単結晶光ファイバ11の端面を
分厚すると共にアニーリング処理により傷等に外的欠陥
を補修した。そして、この単結晶先ファイバ11の一端
面から2.5ミリメートルの箇所の外周面に深さが0.
05ミリメートルの傷を付け、この単結晶光ファイバ1
1に0.1ジユールのレーザ光19を入射させ、ストロ
ホスコープ駆動装置21によりこのレーザ光】9の照射
完了と同期してストロボスコープ13から閃光時間力月
80ナノ秒の測定用光束12を0.1マイクロ秒毎に発
光させレーザ光19の照射完了時点から1マイクロ秒後
までの単結晶光ファイバ11の他端面から出射する測定
用光束I2の光強度分布の時間的変化を観察した。
その結果、観察開始から0.5マイクロ秒後での画像で
は、ファイバ径周辺で縦波輝度が著しく高いものが観察
された。熱弾性波の伝播速度を考慮すると、単結晶光フ
ァイバ11に形成した傷の位置と対応していることが判
明した。
つまり、結晶性物質内での熱弾性波の伝播速度は、レー
ザ光の伝播速度よりも遅いため、伝播時間に対応した光
学部品の光弾性を観測することによって、この光学部品
の熱弾性波伝播方向に沿った欠陥や残留応力分布を高精
度にて測定することができる。又、光弾性測定用の偏光
を集光レンズ15を用い、単結晶光ファイバ11の一端
面へ入射させるようにしているため、光ファイバのよう
な細径の光学部品の欠陥や残留応力を高い分解能にて測
定することができる。
上述した実施例では、光学部品である単結晶光ファイバ
11に対して測定用光束12を直接透過させるようにし
たが、この単結晶光ファイバ11に対して測定用光束I
2を透過させないで欠陥位置の検出を行うことも可能で
ある。
このような第三番目の発明の方法を実現し得る第四番目
の本発明による光学部品の欠陥検出装置の一実施例の概
略構成を表す第2図に示すように、第1図に示した集光
レンズ15及び半透明鏡18及びコリメートレンズ24
を省略し、直交ニコルを構成する一対の偏光板16.2
6の間に、縦横が200ミリメートルで厚さが30ミリ
メートルの矩形のガラスブロック29を配置し、このガ
ラスブロック29と単結晶光ファイバ11の外周面に刻
設した先の実施例と同一な傷3oとが直接当たらないよ
うに、当該ガラスブロック29の上端面にマツチングオ
イル31を介して単結晶光ファイバ11を固定した点が
、第1図に示した実施例との相違点である。
これに加え、レーザ発振器20からのレーザ光19を単
結晶光ファイバ11の外周面に対して直角に照射するよ
うにしているが、図示しないレーザ光移動手段により、
単結晶光ファイバ11に対するこのレーザ光19の照射
位置を0.5ミリメートルずつ図中、左右方向にずらし
、その度に以下に示す操作を繰り返し行うようにしてい
る。そして、この単結晶光ファイバ11の一端面から0
.5ミリメートルの位置に一回目の照射を行う一方、ス
トロボスコープ駆動装置21によりレーザ光19の照射
を完了してから0.4マイクロ秒後のガラスブロック2
9を透過した測定用光束12の光強度分布を観察できる
ように、ストロボスコープ】3からの測定用光束12を
偏光板6を介してガラスブロック29に導き、このガラ
スブロック29から出射して偏光板26及び干渉フィル
タ28を透過し、撮像素子23に到達した測定用光束1
2の光強度分布をイメージプロセッサ22を介してモニ
タテレビ27により観察する。
この結果、単結晶光ファイバ11の一端面から25ミリ
メートルの位置にレーザ光19を照射した時の光弾性画
像が、他の部分を照射した場合と光強度分布が著しく異
なっていたことが判明した。
なお、上述した二つの実施例では光学部品として単結晶
光ファイバを対象に説明したが、結晶の屈折率異方性が
明確な光学部品の欠陥を検出する場合には、非晶質の光
学部品に対して欠陥を検出する場合よりも、位置検出精
度を高くすることが可能である。
又、上述した二つの実施例では光学部品である単結晶光
ファイバに局部的な大熱量を与え、これに大きな熱歪み
を発生させるようにしたものであるが、超音波振動を与
えることによっても、上述した欠陥存在の有無を検出す
ることが可能である。
このような第五番目の発明の方法を実現し得る第六番目
の本発明による一実施例の概念を表す第3図に示すよう
に、先の第2図に示すレーザ発振器20に代えて1メガ
ヘルツの超音波振動を発生する超音波振動子32を単結
晶光ファイバIIに固定し、この超音波振動子32をス
トロボスコープ駆動装置21に接続する超音波発生器3
3によって駆動するようにしたものであり、その他の構
成は第2図に示したものと全く同じである。
本実施例の場合、単結晶ファイバ11は基準となる傷の
ないものと、傷の深さが0.05ミリメートルのものと
、傷の深さが0.01ミリメートルのものとを用意した
。そして、上述した第2図に示す実施例と同様に超音波
を発生させてから0.4マイクロ秒後のガラスブロック
29を透過した測定用光束12の光強度分布を上述した
三つの単結晶ファイバ11についてそれぞれ観察した。
その結果、傷の深さがo、 05 ミリメートルのもの
と0.01ミリメートルのものとては、いずれも光強度
分布が同様なものとなり、傷のないものの光強度分布と
は著しく異なることが得られた。
〈発明の効果〉 本発明の光学部品の欠陥検出方法及びその装置によると
、光学部品にレーザ光による熱弾性波を与え、伝播速度
の遅いこの熱弾性波によって光学部品に大きな歪み変形
を発生させ、当該熱弾性波と同期して光学部品の光弾性
画像の経時的変化を観察するようにしたので、この光学
部品の欠陥位置等を高精度に検出することができる。
又、光学部品に超音波振動を与え、伝播速度・の遅いこ
の超音波振動によって光学部品に大きな歪み変形を発生
させ、基準となる光学部品と検査すべき光学部品との光
弾性画像の相違を検出するようにしたので、て検査すべ
き光学部品の欠陥の有無を容易且つ確実に判定すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第一番目の発明方法を実現し得る第二番目の本
発明による光学部品の欠陥検出装置を単結晶光ファイバ
の欠陥検査に応用した一実施例の概念図、第2図は第三
番目の発明方法を実現し得る第四番目の本発明による光
学部品の欠陥検出装置の一実施例の概念図、第3図は第
五番目の発明方法を実現し得る第六番目の本発明による
光学部品の欠陥検出装置の一実施例の概念図である。 又、図中の符号で11は単結晶光ファイバ12は測定用
光束、13はストロボスコープ、16.26は偏光板、
18は半透明鏡、19はレーザ光、20はレーザ発振器
、21はストロボスコープ駆動装置、22はイメージプ
ロセッサ、23は撮像素子、27はモニタテレビ、28
は干渉フィルタ、29はガラスブロック、30は傷、3
1はマツチングオイル、32は超音波振動子、33は超
音波発生器である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)偏光状態にある測定用光束を光学部品の一端側か
    ら入射させると共にこの光学部品に熱応力を発生させ、
    この光学部品及び該光学部品の他端側に配置された偏光
    板を透過した前記測定用光束の強度分布の経時的変化に
    基づき、前記光学部品の欠陥位置を検出するようにした
    ことを特徴とする光学部品の欠陥検出方法。
  2. (2)光学部品の一端側にレーザ光を照射して当該光学
    部品に熱応力を発生させるレーザ発振器と、前記光学部
    品の一端側に向けてパルス状の測定用光束を一定時間毎
    に入射させる測定用光源と、この測定用光源と前記光学
    部品との間に介装されて前記測定用光束を偏光状態で前
    記光学部品の一端側に導く第一の偏光板と、前記光学部
    品を挟んでこの第一の偏光板と対向する第二の偏光板と
    、この第二の偏光板を挟んで前記光学部品と対向すると
    共に当該第二の偏光板を透過した前記測定用光束の強度
    分布を検出する撮像カメラとを具えた光学部品の欠陥検
    出装置。
  3. (3)光学部品が側端部に取り付けられた光学ブロック
    の一端側から偏光状態にある測定用光束を入射させると
    共に前記光学ブロックの反対側から前記光学部品に向け
    てレーザ光を照射し、前記光学ブロック及び該光学ブロ
    ックの他端側に配置された偏光板を透過した前記測定用
    光束の強度分布の経時的変化に基づき、前記光学部品の
    欠陥を検出するようにしたことを特徴とする光学部品の
    欠陥検出方法。
  4. (4)側端面にマッチングオイルを介して光学部品が取
    り付けられる光学ブロックと、この光学ブロックの反対
    側から前記光学部品の側端面にレーザ光を照射して当該
    光学部品に熱応力を発生させるレーザ発振器と、前記光
    学部品に対する前記レーザ光の照射位置を順次ずらして
    行くレーザ光移動手段と、前記光学ブロックの一端側に
    向けてパルス状の測定用光束を入射させる測定用光源と
    、この測定用光源と前記光学ブロックとの間に介装され
    て前記測定用光束を偏光状態で前記光学ブロックの一端
    側に導く第一の偏光板と、前記光学ブロックを挟んでこ
    の第一の偏光板と対向する第二の偏光板と、この第二の
    偏光板を挟んで前記光学ブロックと対向すると共に当該
    第二の偏光板を透過した前記測定用光束の強度分布を検
    出する撮像カメラとを具えた光学部品の欠陥検出装置。
  5. (5)側端部に基準となる光学部品と検査すべき光学部
    品とが交換して取り付けられる光学ブロックの一端側か
    ら偏光状態にある測定用光束を入射させると共に前記光
    学部品に超音波振動を与え、前記光学ブロック及び該光
    学ブロックの他端側に配置された偏光板を透過した前記
    測定用光束における前記基準となる光学部品と検査すべ
    き光学部品とでの強度分布の相違に基づき、前記検査す
    べき光学部品の欠陥を検出するようにしたことを特徴と
    する光学部品の欠陥検出方法。
  6. (6)側端面にマッチングオイルを介して光学部品が取
    り付けられる光学ブロックと、前記光学部品に取り付け
    られて当該光学部品に超音波振動を与える超音波振動子
    と、前記光学ブロックの一端側に向けて測定用光束を入
    射させる測定用光源と、この測定用光源と前記光学ブロ
    ックとの間に介装されて前記測定用光束を偏光状態で前
    記光学ブロックの一端側に導く第一の偏光板と、前記光
    学ブロックを挾んでこの第一の偏光板と対向する第二の
    偏光板と、この第二の偏光板を挟んで前記光学ブロック
    と対向すると共に当該第二の偏光板を透過した前記測定
    用光束の強度分布を検出する撮像カメラとを具えた光学
    部品の欠陥検出装置。
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