JPS61204535A - 光フアイバの検査装置 - 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】 （７）　　技　　術　　分　　野 この発明はファイバ製造時に於て、ファイバの欠陥を検
出する為の光フアイバ検査装置に関する。

（イ）従来技術とその問題点 ガラス質光ファイバ、結晶質光ファイバの欠陥検査方法
は、既に製造されて、両端が自由になった光ファイバに
光を伝送して行っていた。

光ファイバの一端に光を入射すると、光はファイバの中
を進行するが、ファイバの中に欠陥があると散乱されて
入射端の方へ戻ってくる。このような後方散乱光の時間
遅れにより、欠陥点を知る事ができる。

或は、ファイバの側面から光を照射し、その前方或は後
方散乱パターンを解析して、屈折率分布の乱れによって
欠陥を見い出す事もできる。

前者の方法は、数十ｋｍ以上の長いファイバの欠陥発見
のために、特に有力な方法である。

後者は、ファイバの屈折率分布の詳細な調査をするため
には優れた方法である。

しかし、いずれにしても、ファイバ製造時に光フアイバ
中の欠陥を発見するためには適した方法ではなかった。

これらの方法は、ファイバの両端に検出器及び光源を置
かなければならないが、ファイバの製造時には両端が存
在しない。始端だけでは上の方法は利用できない。

（つ）　　　目　　　　　的 光ファイバはガラス質のファイバが主流であり実績もあ
るが、結晶質のファイバも開発されつつある。結晶質フ
ァイバには、製造時に、偶発的に或は不可避的に、局所
的な欠陥が発生する事がある。このような局所的な欠陥
を製造時に於て、簡単に、しかも確実に発見できる方法
が、切実に望まれるようになってきた。

本発明は、このような要求に応えるもので、光ファイバ
の製造時に於て、欠陥の存在を検出する事のできる検査
装置を与える。

≠）　　構　　　成 この発明は、製造中の光ファイバの中の欠陥を連続的に
検査するための装置を与える。光ファイバは、プリフォ
ームから或は融液から連続的に製造される。製造装置か
ら出た細い光ファイバは、巻取装置に順次巻取られてゆ
く。

本発明の検査装置は、製造装置から出て巻取装置に至る
走行中の光ファイバの中に光を通し、散乱の有無を調べ
る事によって、欠陥の存在を検出する。この為、走行中
の光ファイバを囲むように、光検出器を有する積分球を
設ける。積分球から離れた位置に光源を置き、強い光を
光ファイバに対して斜めに当てる。光源からの光の幾分
かは、光ファイバのコアの中へ入り、この中を伝搬する
。

もしも光ファイバの中に欠陥があれば、ここで光が散乱
され、光ファイバの外へ出る。もしも欠陥のある部位が
積分球の中を通ると、ファイバから散乱光が積分球内へ
出射される。光検出器はこの光を検出する。光検出器の
出力が増大した、という事は、この瞬間に積分球を通過
した光ファイバの部位に欠陥がある、という事である。

局所的な欠陥を精度よく検出できる。

第１図は本発明の光ファイバの検査装置の略構成図であ
る。

光ファイバはガラスファイバと、結晶質ファイバとがあ
る。ガラスファイバは、コア、クラッドの構造を持つプ
リフォームから線引加工して、細径化して作られる。プ
リフォームは、太い棒状の素材であるが、これを加熱溶
融し、一端を一定の速度で連続的に引張ってゆくと、細
いファイバになる。これは、コア、クラッドの構造を持
つ、ガラス質の光ファイバである。この光ファイバは巻
取装置に巻取られてゆく。

結晶質ファイバは、まず結晶構造を有する棒状のプリフ
ォームを作るか、又は、原料融液から結晶成長により、
直接光ファイバを作る方法がある。

プリフォームの場合は、これをさらに押出・加工して細
径化し、結晶質光ファイバとする。

第１図において、プリフォーム５は、適当なファイバ化
加工装置６によって、連続的に光ファイバに加工され引
出されてゆく。プリフォーム５は結晶質、ガラス質の両
方があり得る。

ファイバ化加工装置６というのは、結晶質プリフォーム
の場合、押出加工機を意味する。ガラス質ファイバの場
合、線引加工機である。

モチろん、プリフォーム５、ファイバ化加工装置６は、
融液と、結晶成長装置で置換えられる事もある。

こうして引出された光ファイバ８は、一定速度で走行し
、巻取装置６によって巻取られる。ファイバ化加工装置
と巻取装置６との中間に光源１を設け、走行中の光ファ
イバの中へ斜めに光を当てる。

光源は、ガスレーザ、半導体レーザ、ランプ等を用いる
。Ｈｅ　−Ｎｅレーザでも良い。出力の大きい光源であ
る事が必要である。

斜めに光を当てるので、一部の光は光ファイバの中へ入
り、光ファイバの中を伝搬する。

斜めに当てる理由を説明する。斜めでなく、直角に当て
ると、反射率が小さいので、光ファイバの中へ入り易い
。しかし、入り易いが、光ファイバのコアを通り抜けて
しまい、コアの中に入らない。何らかの欠陥が存在しな
ければ直角光は光フアイバの中へ入らないのである。

光軸を斜めにしてゆくと、光ファイバの表面で反射され
る率が増大する。実際、光ファイバの表面で大部分が反
射されてしまう。僅かな部分は、光ファイバの中へ入る
。しかしファイバの中へ入った光もその大部分は、コア
の中を伝搬する光にはなれず、光フアイバ内を通り抜け
てしまう。

しかしながら、僅かな部分は光ファイバの中へ入って伝
搬光になる。伝搬光になるのは極めて少いので、強い光
源が必要なのである。全く損失のない光ファイバがあれ
ば、この光ファイバから光は漏れない。漏れないという
事は、光が入らないという事である。従って、光ファイ
バにいくらかの損失があるから、側方から斜めに光を入
れる事ができるのである。

光ファイバは彎曲部で外方へ散乱される光の量が多くな
るので、彎曲部を作って、ここへ光源を当てる二うにす
ると、さらに良い。

光ファイバ４の走行路の途中に、光源１と離れた位置に
積分球２を設ける。積分球２は内面に拡散反射面を有す
る。積分球２は、小径の入口８、出口９を有し、光ファ
イバ４は入口８から入り、積分球２の中の空間を通って
出口９から出てゆく。

積分球２の中には光検出器３を設けである。積分球２の
内部を通る光ファイバから散乱された光は積分球２の内
面のどこかに当り、ここで拡散反射される。何回か反射
して、光検出器３に入るので、光検出器３は、積分球２
の内部で生じた光量の総和を検出できる。

積分球を通り抜けた光ファイバ４は、巻取装置７によっ
て巻取られる。

光源１から出た光が、直接、積分球２の出口９、又は入
口８から、積分球２の内部へ入ってはならない。このた
め、光源と、積分球は成る程度離隔している必要がある
。しかも、光軸の上に、積分球の出口９、入口８が存在
しないようにしなければならない。

第２図は、光源１を、光ファイバ４の巻取端１０の直前
に置いた例を示している。光源が、レーザダイオードの
ように小型のものであれば、これは容易である。

回転する巻取装置７に取付けであるから光源１も回転す
るが、レーザダイオードであれば、これに給電するのも
容易である。

巻取端に光源を置くようにすると、光ファイバの中へ大
量の光を入射させる事ができる。これは有利な点である
。実際、損失の少い光コアイノくの場合、側面から光を
入れるのは難しいが、端面から入射させるのは容易であ
る。

け）作　用 第１図に於て、積分球の入口８を通る際の光ファイバの
位置をＡ点とする。出口９を通る際の光ファイバの位置
をＢ点とする。ＡＢ間が、積分球内部の光ファイバの長
さである。

光源１から出た光が光ファイバに当る点をＣと。

する。光ファイバ４は、これらの点をＡ、Ｂ、Ｃの順に
通過している。

光源１から出た強い光は、０点から、その極めて一部が
光ファイバの中へ入り、伝搬光となる。

これを検査光と呼ぶ。検査光は、０点から、Ｂ、Ａ点の
順に進行し、プリフォーム５まで伝搬する。

光ファイバの中に欠陥がなければ、検査光は、光ファイ
バから漏れる事がない。従って、積分球２の中へ、光は
出射されない。

光ファイバの中に欠陥があれば、この点で検査光が散乱
される。散乱されるから、これは光ファイバのコアに沿
った光ではなく、光ファイバの外へ出る事ができる。欠
陥の程度と、光の散乱は比例すると考えられる。

欠陥点をＸとする。欠陥点Ｘが積分球の入口のＡ点より
以前にある場合、散乱は積分球の外で起るので、光検出
器３に入る光は少ない。ファイバの通常の散乱量に対応
する光量だけである。

第３図は欠陥位置Ｘを横軸に、光検出器出力を縦軸に取
って示すグラフである。

欠陥のない場合の通常散乱による光検出器出力をＭとす
る。欠陥点ＸがＡ点に至るまで、光検出器出力ＹはＭに
等しい。

ところが、Ａ点に至ると、出力Ｙは高くなり、Ｂ点まで
ほぼＨレベルを維持する。積分球の中ＡＢに、欠陥点Ｘ
が存在するから、Ｘ点に於ける散乱光が積分球の中に拡
散し、光検出器出力となる。

このだめ、Ｙが高くなるのである。

ＸがＢ点を過ぎると、光源と、積分球の間に欠陥点が存
在する事になり、ここで光ファイバを伝搬していた光が
外部へ散乱されるので、伝搬光が減少してしまい、この
ために、通常の出力Ｍよりも低いＬレベルになる。

さらに、欠陥点Ｘが、光入射点Ｃに至ると、光のファイ
バへの入射（漏れ込み）量が減少するため、検出器出力
はさらにＬＬレベルに示すように低くなる。

欠陥点Ｘが、０点を越えると、検出器出力Ｙは通常のＭ
レベルに戻る。

このようにして、欠陥の位置をＨレベル、或はＬＬレベ
ルによって精度良く検出する事ができる。

Ｈレベルの山が観測されれば、ＡＢ間に欠陥点Ｘが存在
するという事である。すると、検出精度は、積分球の直
径ＡＢによって決まる。積分球を小さくすれば検出精度
が高くなる。

或はＬＬレベルの谷を観測した時、光入射点Ｃに欠陥点
Ｘがある、という事である。

そして欠陥の大きさＷは、Ｈレベルと、ＬＬレベルの差
、或はＨレベルとＭレベルの差によって評価できる。す
なわち欠陥の大きさＷは、Ｗ　　：　　Ｈ−ＬＬ　　　
　（１） 又は Ｗ　　：　　Ｈ−Ｍ　　　　　（２） によって定量的評価を与える事ができる。

以上の説明は、静的な説明である。実際には、光ファイ
バは巻取装置によって巻取られているのであるから、一
定速度Ｖで動いている。この場合は、第３図の横軸をＸ
　＝　Ｖｔで置き換え、時間軸とみなせば良いのである
。

欠陥点ＸがＡ、Ｂ、Ｃを通過する時、光検出器の出力Ｙ
は、Ｍ−４Ｈ−、Ｌ→ＬＬ−、Ｍと時間的に変化する。

このような出力Ｙの変動が検出された時刻ＴいＴ２、・
・・・・・　により、光ファイバからの始端を巻き取っ
た巻き取り開始時刻Ｔ。、光ファイバの巻取速度Ｖを既
知として、光ファイバの欠陥の位置Ｘ１、Ｘ２、・・・
・・・　を、式 ％式％（３） から求める事ができる。

第２図のように、光源をファイバの巻取端１０に対向し
て設けた場合も、はぼ同様に、欠陥の位置や、大きさを
評価できる。ただし、第３図の谷ＬＬがない。欠陥の大
きさの評価は、ＨとＭの差によってなされる。

（力）　　効　　　果 （１）光ファイバの欠陥の大きさが光学的に定量化され
た形で求められる。

（２）簡単な構成である。

（３）屈折率分布測定のように繁雑なデータ解析が不要
である。検出器出力Ｙそのものが欠陥評価量であるから
である。

（４）ファイバを製造している時に、連続的に欠陥検査
ができる。

（５）分解能を微菌にまで上げる事ができる。積分球の
直径ＡＢによって分解能が決まる。積分球を小さくすれ
ば、高分解能にする事ができる。

（６）高速検査が可能である。応答速度は、光検出器の
応答速度にまで高める事ができるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバの検査装置の一例を示す構
成図。 第２図は他の例を示す光フアイバ検査装置の構成図。 第８図は光フアイバ中の欠陥位置Ｘの函数としての光検
出器の出力Ｙの変動を示すグラフ。 １　　・・・・・・・・・　　光　　　源２　・・・・
・・・・・積分球 ３　・・・・・・・・・　光検出器 ４　・・・・・・・・・　光ファイバ ５　・・・・・・・・・　プリフォーム６　・・・・・
・・・・　ファイバ化加工装置７　　・・・・・・・・
・　　巻　　取　　装　　置８　・・・・・・・・・　
積分球入口 ９　・・・・・・・・・　積分球出口 １０・・・・・・・・・　ファイバ巻取端Ａ　・・・・
・・・・・　積分球入口点Ｂ　・・・・・・・・・　積
分球出口点Ｃ・・・・・・・・・　　光　　入　　射　
　点発　　明　　者　　　　　葭　　１）　典　　２高
　　橋　　謙　　− 特許出願人　住友電気工業株式会社 出願代理人　弁理士　川　瀬　茂１ｊ＋ｊ・樹・−イ１
：゛ ご１゜ 二・１−　・・ 手続補正書（自発） 昭和６０年１１月２８日 １、事件の表示 特願昭５９−２７９３３５ ２、発明の名称 光ファイバの検査装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 居　所大阪市東区北浜５丁目１５番地 名　称（２１３）住友電気工業株式会社代表者社長　川
　上　哲　部 ４、代　理　人 曇５３７ 住　所　大阪市東成区中道３丁目１５番１６号６、補正
の内容 １明細書第２頁第４行目「検査装置」とあるのを「検査
方法」と訂正する。 ２明細書第３頁第１７行目「検査装置」とあるのを「検
査方法」と訂正する。 ３明細書第３頁第２０行目「ための装置」とあるのを「
だめの方法」と訂正する。 ４明ＭＡ＠第４頁第４行目「検査装置」とあるのを「検
査方法」と訂正する。 ５明細書第４頁第２０行目「検査装置」とあるのを「検
査方法」と訂正する。 ６明細書第１４頁第９行目「検査装置」とあるのを「検
査方法」と訂正する。 ７明細書第１４頁第１１行目「検査装置」とあるのを「
検査方法」と訂正する。 「特許請求の範囲」の欄と「発明の名称」の欄の補正に
ついては別紙のとおり ２、特許請求の範囲 ガラス質の光ファイバをそのプリフォーム５から線引加
工する、或いは結晶質の光ファイバをそのプリフォーム
から押出加工又は融液から結晶成長させる光ファイバの
製造時において、プリフォーム５或いは融液部と製造さ
れた光ファイバ４の巻取装置７の間に、内面に拡散反射
面を有する積分球２を設け、該積分球２の直径両端に設
けられた小径の入口８、出口９全通して光ファイバ４を
巻取装置７に導き、光ファイバ４の側方又は巻取端に設
けた光源１から光ファイバ４に光を照射し、光ファイバ
４の積分球２の内部にある部分で散乱された光量を積分
球２の内壁に取シ付けられた光検出器３によって測定す
る事によって連続的に光ファイバの欠陥の位置、大きさ
を評価する事を特徴とする光ファイバの検査方法。 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭５９−２７９３３５ ２、発明の名称 光ファイバの検査方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 居　所大阪市東区北浜５丁目１５番地 名　称（２１３）住友電気工業株式会社昭和６０年１１
月２８日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 特願昭５９−２７９３３５ ２、発明の名称　。 光ファイバの検査方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 居　所大阪市東区北浜５丁目１５番地 名　称（２１３）住友電気工業株式会社代表者社長　川
　上　哲　部 ４、代　理　人 愚５３７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラス質の光ファイバをそのプリフオーム５から線引加
   工する、或いは結晶質の光ファイバをそのプリフオーム
   から押出加工又は融液から結晶成長させる光ファイバの
   製造時において、プリフオーム５或いは融液部と製造さ
   れた光ファイバ４の巻取装置７の間に、内面に拡散反射
   面を有する積分球２を設け、該積分球２の直径両端に設
   けられた小径の入口８、出口９を通して光ファイバ４を
   巻取装置７に導き、光ファイバ４の側方又は巻取端に設
   けた光源１から光ファイバ４に光を照射し、光ファイバ
   ４の積分球２の内部にある部分で散乱された光量を積分
   球２の内壁に取り付けられた光検出器３によつて測定す
   る事によつて連続的に光ファイバの欠陥の位置、大きさ
   を評価する事を特徴とする光ファイバの検査装置。