JPS5810715A - 対象物の検査方法 - 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】 この発明は光ファイバ、光ファイバ製作用の予備成形物
等の対象物体の検査方法に関する。

光通信伝送用の光ファイバは減衰が少なく、開口数が犬
きく、パルスの拡が９が小さい等の良好な光学特性と共
に大きな引張り強さを持っていなければならない。ファ
イバの表面を機械的および化学的の損傷に対して保護す
るためその引伸し中に直接合成樹脂等で被覆する。しか
しこのように被覆したファイバも炉室内で表面に傷がで
きるかファイバとして引抜く予備成形物のとき既に異物
粒子その他の欠陥を含むため充分な引張り強さを持たな
いことがある。一般にファイバの引張り強さはその全長
に亘って統計的に分布した欠陥個所の頻度と大きさに関
係する。

現在ファイバの強度は一般にｌ　ｋｍ以上にもなル長イ
ファイバを通常長さ２０ｍのファイバ片に分割し破断す
るまで負荷を加えて引張り試験を行って求めている。各
試験片の破断力をワイブル法と呼ばれている統計的手法
によって評価することにより試験に供せられたファイノ
（の達成強度と別のファイバの予想強度が求められる。

ファイバを被覆した徒にスクリーンテストと呼ばれてい
る試験を行なうこともある。この場合ファイバはローラ
ー上を通して全長に対してファイバが破断してはならな
い最小引張り力を加える。

この場合引張り力が加えられたファイノくとローラーの
間の機械的の接触により被穆とファイバ表面に傷がつき
ファイバの引張り強さが低下する。

光フアイバ製作用の予備成形物例えば棒の試験に対して
は現在手数がかかりしかも不精確な方法が採用されてい
る。これに対して文献（Ｈ，Ｍ、ｌ’ｒ−ｅｅｂｙ、Ｄ
、Ｍａｒｃｕｅｅ；　　”０ｐｔｉｃａｌ　　Ｆｉｂｅ
ｒ　　ＰｒｅｆｏｒｍＤｉａｇｎｏｓｔｉｃｅ”、　Ａ
ｐｐｌ、Ｏｐｔ、’ｌ　ｓ、　　（８）、１９７９）に
詳しく記載されている。

この発明の目的は対象物が所定の特性を持つか否かを非
破壊的に高い信頼度をもって検査することができる方法
を提供することである。特に光ファイバの引張り強さを
調べることがこの発明の主な目的である。

この目的は特許請求の範囲第１項に特徴として挙げた方
法によって達成される。

この発明はファイバの引張り強さがその全長に亘って統
計的に分布する欠陥個所の頻度と大きさに関係し、ファ
イバの引張り強さの決定には公知の方法のように試験片
を破断する必要はなく、欠陥個所の存在場所と大きさと
を知るだけでよいとの認識に基〈ものである。光ファイ
バとして引抜く予備成形物の欠陥個所の存在場所からも
同様な決定を行なうことができる。

この発明の方法を光ファイバに対して実施すると総ての
欠陥個所の位置と大きさが求められ、それから破断強さ
について精確な決定を下すことができる。しかもこの決
定は非破壊的に行なわれる。

これに反して公知の方法ではファイバ試験片を破断しな
ければならないのでファイバの総ての欠陥個所を検出す
ることは不可能であり、試験片に最低の引張り強さを与
える欠陥個所だけが検出される。引張強さを低下させる
ものであっても最低の引張強さとするものではない欠陥
個所はこの公知方法では積出されない。

この発明による方法は光ファイバ又はその予備成形物に
限らず、一般に対象物体の非破壊検査に応用される。例
えば固体対象物の形状又は大きさが規準値に合致するか
否かを検査することができる。

この発明の方法に使用される空間周波数フィルタとして
標準特性の物体又は欠陥のない物体の空間周波数スペク
トルを示すものを使用することができる。空間周波数フ
ィルタは写真法によって作ることができるが、多くの場
合計算機とプロッタを使用して製作する方が写真撮影に
際して問題となる大きな強度差が打消されるため有利で
ある。

欠陥がある程度規則的に配置されている場合には簡単な
構成をもって比較的顕著な回折極大だけを少くとも部分
的に１刺止する空間周波数フィルタを使用するのが有利
である。

上記の方法は透明なファイバ特に光通信用のガラスファ
イバ又はガラスファイバ製作用の予備成形棒に対して採
用され、これらの対象物の形状と長い条の形で規則的に
現われる欠陥を考えて細長い不透明条帯又はそれに類似
した細長い構造を使用してファイバ又は棒の長軸に垂直
な層上にある空間周波数スペクトルの回折極大を少くと
も部分的に１刺止する方法が有効である。この場合評価
はフィルタを通り抜けた光について行なう。その際透過
光を記号化しそれに含まれる像を再生し評価する。

又空間周波数フィルタを通過した光又は再生像をテレビ
ジョンカメラを通すかあるいは検出器集合体とカーブ・
ブロック又は計算機を使用して評価すると効果的である
。フィルタを通過した光の強度を走査して評価すること
も可能である。

この発明の方法は特に動いているファイバ状又は棒状の
対象物に対して有利である。

この発明の方法を実施するのに適した装置はコヒーレン
ト光束を発生する光源と光束軸上に設けられた変換レン
ズを備え、このレンズの焦点面に空間周波数フィルタが
設けられているものである７検査対象物は変換レンズと
光源の間に置き光源の光束を当てる。

例えば光波伝導ファイバ又は針金のように引抜きによっ
て作られる対象物の場合、この装置は引抜き中のファイ
バに光束を当てファイノ；の照射部分で作られた空間周
波数スペクトルが間断なく評価されるようにする。

この発明の方法の著しい利点は並進不変性であることで
ある。これによって例えば検査ファイノくがその軸に垂
直に勤いても空間周波数スペクトルは影響を受けない。

図面についてこの発明を更に詳細に説明する。

図面は光導体棒から光ファイバを引き出し、引き出され
たファイバを直ちに検査装置に入れて連続的に検査する
ファイバ製造装置の概略を示すものである。この装置に
は環状の引き抜き炉７があり、その開口部に光導体棒８
の下端が置かれている。この下端部が加熱されて溶融し
、溶融帯域から光ファイバｌが下向きに引き出される。

装置の下部には巻取り筒９があり、ファイバを巻取ると
同時に引出し速度を決定する。

ファイバ１は巻取り筒９に巻きとられる前に層被覆装置
ｌＯを通過し、そこで合成樹脂層で被覆され、乾燥炉１
１に入り合成樹脂層が硬化される。

ファイバｌの検査装置はコヒーレント平行光束４１を発
生しファイバ１をその軸に垂直に照射する光源４を含む
。この照射系はレーザー４０と二つの集光レンズ４４．
４５で構成され光束を拡大させる望遠光学系を含む。こ
の装置ではファイバ１の長さ方向だけに光束を拡げれば
よいから集光レンズとして円筒レンズも使用可能である
。

ファイバ１を貫通する光の光路４２には変換レンズ５が
設けられ、光源に対して反対側にある焦点面２０にファ
イバ１の照射部「…に属する空間周波数スペクトルを作
る。

変換レンズ５は球面集光レンズであるが円筒集光レンズ
であってもよい。焦点面２０には空間周波数フィルタ３
が設けられる。この空間周波数フィルタは例えば空間周
波数スペクトル２が配素されている写真乾板又はフィル
ムである。

空間周波数フィルタ３は欠陥のないファイバ断片の空間
周波数スペクトル従って標準特性を示す対象物のスペク
トルとすることができる。

このような空間周波数スペクトルは例えば図示の装置を
使用して作ることができる。その場合光ファイバ１の代
りに欠陥のないファイバ断片を光路４１内に置き、そこ
で作られた空間周波数スペクトルによって焦点面２０に
置すた写真乾板を照射する。この乾板を現像すると空間
周波数フィルタ３が得られるが、それは標準特性の空間
周波数スペクトルの陽画ではなく、その陰画を黒白情報
として含む。しかしこのことは空間周波数フィルタ３を
ファイバ１で作られた空間周波数スペクトルと重ね合せ
たときファイバの欠陥の情報、更に一般的に言えば標準
特性からの偏差に関する情報を含む光だけを通過させ、
それ以外の光は総て１泪止するという利点がある。この
ようにして欠陥個所の位置、大きさおよび種類に関する
情報だけを求めそれを評価することができる。

ファイバｌが欠陥を示さないものであれば空間周波数フ
ィルタ３を作ったときの無欠陥ファイバ断片のものと等
しい空間周波数スペクトルが作られる。この空間周波数
スペクトルを空間周波数フィルタ３の陰画空間周波数ス
ペクトルと重ね合せ空間周波数スペクトルの最高強度点
と最低強度点を乾板上の黒化度の最高点と最低点に一致
させると１雨空間周波数スペクトルが等しいため乾板を
透過する光はない。これに反してファイバ１に欠陥個所
があるとそこで光が回折又は散乱され光の一部が乾板の
透光部分に達するようになる。

空間周波数フィルタ３を透過した光は同じく集光レンズ
から成る逆変換レンズによって元の形に戻される。その
際焦点面２０に対応する画像面２１にファイバｌの照射
部分に含まれる欠陥又は欠陥個所の実像だけが作られる
。この像について種々の方法例えばテレビジョンカメラ
を通す視覚法又は光検出器集合と計算機又はカーブグロ
ツタを使用して評価することができる。

再生像について間断なく評価を実施すると欠陥個所の位
置、大角さおよび種類について情報が得られ例えばそれ
が粒子によるものか傷によるものかあるいは屈折率の変
化によるものであるかを決定することができる。この外
にファイバの直径の変動も捕えることができるから、こ
の発明の方法は製作ファイバの直径検査装置に対しても
適用される。

光ファイバおよびそれ以外の透明なファイノ（例えば合
成樹脂ファイバには、欠陥がファイノ（表面の傷として
現われ、その多くがファイバの長さ方向に伸びていると
いう特殊事情がある。この種の傷は細長い形成物であっ
である意味でファイバと同種の形態である。

この種の傷は位相対象物であって主として透過光の位相
従ってその方向を変化させる。はぼファイバの長さ方向
に伸びた傷はファイノ（との同形性に基いて位相対象物
であるファイノく自体と同様に光の方向を変える。従っ
てこのような傷によって焦点面に形成される回折極大は
主として焦点面内のファイバ軸に垂直な線上に存在する
。

ファイバの長さ方向に向けられた傷のような規則性を示
さない別の欠陥例えば汚染粒子又はその他の光を吸収す
る振幅対象物を構成する欠陥や統計的な屈折率変化によ
って生ずる回折極大は上記の線の外でファイバと長さ方
向の傷が作る回折最大に並んで発生する。

ファイバと長さ方向の傷が作る上記の直線上の回折極大
はその他の欠陥特に振幅対象物が作る回折極大に比べて
強く現われる。

ファイバ特に無欠陥ファイバの場合各回折最大の内部に
おいての強度（又は輝度）差ならびに回折極大相互間の
強度（又は輝度）差が大きくなり空間周波数スペクトル
を写真撮影すると過剰露出又は不足露出となり空間周波
数スペクトルの作製が困難になることがある。

この雑煮はフィルタの空間周波数スペクトルを写真撮影
によらず計算機とプロッタを使用して合成することによ
り解消される。この方法はファイバに限らず強度差又は
輝度差が大きく空間周波数スペクトルの写真撮影が困難
になる総ての場合に有効である。

欠陥が長さ方向の傷として現われることが多いというフ
ァイバの特殊事情によりこの種のファイバに対して別の
特に簡単な検査方法が可能となる。

前に説明したように、ファイバ自体とその長さ方向の傷
によって特定の直線上に作られる回折極大は他の欠陥に
よって作られる回折極大よりも大きいから空間周波数の
フィルタリングを行なわないと再生像にはファイバとこ
の長さ方向の傷が主体となって現われる。他の傷、特に
振幅対象物はたいていほとんど現われないが、全く現わ
れない。

この事情に対して研究の結果焦点面内にある前記の直線
上にあってファイバ自体と長さ方向の傷によって作られ
た回折極大を少くとも部分的Ｋｌｎ止するとファイバの
欠陥がはっきり見えるようになることが見出された。

これに対してはファイバ自体に類似した形状の不透明構
造体例えば針金又は不透明条帯を焦点面内の所定直線上
の現われる総ての回折極大を少くとも部分的に遮蔽する
ように配置すればよい。

回折極大を１刺止する程度によって再生像のコントラス
トを無段階に変化させることができる。所定直線上の顕
著な回折陰火を閉止する度合が大きい程振幅対象物かは
っきｉ）現出し、その度合か小、さｈ程位相対象物かは
っきシ現出する。閉止する度合は針金又は条帯の直径又
は幅によって調整される。

上記の方法は検査対象物に特定の欠陥が特に頻繁に出現
し、この欠陥が位相対象から成り、この位相対象の総て
が類似形状であってほぼ等しく配向されている場合に常
に有利である。このように規則的に配置された位相対象
は空間周波数スペクトルを構成する際協同作用により位
相対象の規則配ｒＩｔを反映して空間周波数スペクトル
内に強い回折極大を作る。検査対象自体が位相対象であ
シ規則的に配置された信用対象が検量対象に類似形状で
あってほぼそれと同様に配向されているときこの方法は
特に有利である。この方法の利用可能性の前提となるの
は他の欠陥特に振幅対象による回折極大が規則性の位相
対象および場合によって対象物によって作られた回折極
大の外側に存在することである。この前提が満たされて
いると対象物又は規則性の位相対象に類似した形状の構
造を使用して空間周波数フィルタリングを実施すること
ができる。前に述べたように屈折率分布とファイバ強度
の検査にも光導体棒８を使用することができる。それに
はこの棒をコヒーレント光束で照射しそれから空間周波
数スペクトルを作ればよい。

その際上記の三つの空間周波数フィルタリング法のいず
れを使用してもよい。即ち写真撮影によって作られた空
間周波数フィルタ、合成された空間周波数フィルタの外
棒の軸に垂直に置かれた長い条帯又は類似構造物のいず
れも使用可能である。

ファイバのときと同様に具体的の対象物に応じてｉｋも
適した方法を選ぶ。

図面に示した装置において検査対象物即ちファイバ１の
移動はこの方法が変位不変性であるため検査の妨害には
ならない。

この発明によるガラスファイバの欠陥検査法は予備成形
物に対してもあるいはファイバの引き抜き中被徨層を設
ける前に実施し欠陥の位置と大きさを推定することがで
きる。これによって光通信用の光ファイバの非破壊検査
、特にその破断強度の外ファイバの伝送特性を決定する
屈折率分布の検査が可能となる。この外に厚さの変動を
測定することもできる。

この発明の方法はガラスファイバの検査に限定されるこ
となく、一般に種々の対象物の゛非ｔｉｌ壊検査に利用
されるものであることをあらためて強調しておく。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の方法によって検査を行なうファイバ引
抜装置の概略図である。 １・・光ファイバ、２・・・空間周波数スペクトル。 ３・・・空間周波数フィルタ、７・・・引抜炉、８・・
・光導体神、９・・・巻取り筒、１０・・・層液覆装置
、１１・・・乾燥炉、２１・・・検査装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■）対象物又はその一部分から空間周波数スペクトルを
   作ること、このスペクトルをフィルタ処理し、透過した
   部分について評価を行なうことを特徴とする対象物の検
   査方法。 ２）　ＩＮ！準的の特性を持つかあるいは欠陥のない対
   象物の空間周波数スペクトルを示す空間周波数フィルタ
   ーを使〜用してフィルター処理を実施することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）写真法によって作られた空間周波数フィルタを使用
   してフィルタ処理を実施することを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の方法。 ４）計算機とカーブプロッタを使用して合成きれた空間
   周波数フィルタによってフィルタ処理を実施することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５）簡単な構成を持ち９回折極大の総てではなくその中
   の比較的顕著なものを少くとも部分的に閉止する空間周
   波ちイルタを使用してフィルタ処理を実施することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６）細長い不透ＢＡな条帯又はそれに類似した細長い構
   造物を使用してその長軸を横切る線上にある回折極大を
   少くとも部分的に１羽虫することを特徴とする透明なフ
   ァイバ又は棒を試験する特許請求の範囲第５項記載の方
   法。 ７）空間周波数フィルタを通り抜けた光を評価すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の一つに
   記載の方法。 ８）空間周波数フィルタを通り抜けた光を記号化しそれ
   に含まれる像を再生し評価することを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載の方法。 ９）空間周波数フィルタを通り抜けた光又は再生像をテ
   レビジョンカメンを通すかあるいは検出器集合とカーブ
   グロツタ又は計算機を使用して評価することを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項又は第８項記載の方法。 １０）空間周波数フィルタを通り抜けた光の強さを走査
   し評価することを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の方法。 １１）コヒーレント光束を発生する照射系と光線軸−Ｌ
   に設けられた変換レンズを使用し、このレンズと照射系
   の間において検査対象物が光線にさらされ、レンズの焦
   点面に空間周波数フィルタが置かれていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第１０．頂の一つに記載
   の方法。 １２）引抜き途上で新らしく引き抜かれたファイバーが
   照射光束を通り抜け、ファイバの照射された区間で発生
   した空間周波数スペクトルが間断なく評価されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の方法。