KR100284591B1 - 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고도의 정확성을 구비한 투명 파이버류의 직경을 측정하는 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 이산 연속 퓨어리어 변형(DSFTs)을 이용하는 레이저 광선으로 파이버를 투광하므로써 만들어지는 일정 영역의 간섭패턴의 평균공간 주파수를 결정하는 단계를 포함하며 파이버 직경 측정에 관한 두 위치가 어떤 양만큼 이격되어 있어 첫 번째 위치에서 산출되는 타원형 파이버에 대한 직경 대 회전각도에 관한 도표가 두 번째 위치에서 산출되는 동일한 도표로부터 근사적으로 90° 위상차가 되도록 결정시키므로써 직경 측정치가 파이버의 타원성에 둔감하게 만드는 방법을 제공한다. 또한 파이버류에 존재하는 결함을 탐지하기 위한 본 발명은 상기 간섭패턴의 공간 주파수 스펙트럼내에 어떤 특성을 나타내는 피크가 두 피크로 세분되고, 상기 두 피크가 파이버내에서 그 크기가 성장하는 결함이 탐지될 때 서로 반대방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 파이버의 직경 측정 및 결함탐지 방법.

Description

파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법

제1도는 일정영역의 간섭패턴을 사용하여 파이버직경을 측정하는 종래 기술의 왓킨스 시스템의 요소를 나타내는 개략도.

제2도는 본 발명에 따라 구성된 파이버직경 시스템의 타원형에 둔감한 구성인지를 나타내는 개략도.

제3(a)도 및 제3(b)도는 80각도 탐지기가 각각 +46° 및 -46° 에서 중심점으로 모아져 회전하는 타원형 파이버의 프린지수 대 각도가 산출된 것에 관한 그래프.

제4도는 제3(a)도, 제3(b)도의 곡선을 겹친 도면.

제5(a)도, 제5(b)도는 20각도 탐지기가 각각 +60° 및 -60°에서 중심점으로 모아져 회전하는 타원형 파이버의 프린지수 대 각도가 산출된 것에 관한 그래프.

제6도는 제5(a)도, 제5(b)도의 곡선을 겹쳐 두 곡선을 평균한 곡선(곡선41)을 도시한 그래프.

제7도는 20각도 탐지기가 각각 곡선 43에 대하여 +60°, 곡선 45에 대하여 +70°에서 중심으로 모아져 회전하는 타원형 파이버의 프린지수 대 각도가 산출된 그래프.

제8도는 제2도의 좌측과 우측 감지기 사이가 116°와 124° 각도들을 포함한 제6도에 그려진 형태의 연속 산출지로부터 얻어지는 각 탐지기들 사이의 에러 감쇠 대 각도에 관한 그래프.

제9도는 한 시스템이 다른 시스템에 관계되어 45°까지 변경되는 제2도에서 나타낸 두 시스템 형태에 대한 타원형 파이버의 회전각도 대 프린지수를 모의 실험한 것에 관한 그래프.

제10도는 서로 120° 위상차로 위치된 세 탐지기에 대한 타원형 파이버의 회전 각도 대 프린지 수가 모의 실험된 그래프.

제11(a)도는 50°와 70° 사이의 각도 범위에 대한 125 마이크론 파이버의 전형적인 일정영역 간섭 패턴을 도시한 것.

제11(b)도는 제11(a)도의 프린지 패턴상에서 20 마이크론의 센터상에 있는 홀의 영향을 나타낸 도면.

제12도는 공간 주파수 범위가 2.0 싸이클/각도에서 4.0 싸이클/각도 사이의 125 마이크론 파이버의 일정영역 간섭 패턴에 대한 전형적인 스펙트럼의 주파수.

제13도는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 온-라인 제단계의 블록도.

제14도는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 오프-라인 제단계의 블록도.

제15도는 본 발명이 실제문제에서 사용될 수 있는 박스-매클레란의 주파수 영역 반응의 그림을 도시한 것으로, 이 그림에서 X축을 따라 도시된 주파수는 다운샘플링하기 전에 샘플링 한 주파수를 표준화한 것임.

제16도는 싸이클/각도 대 분산각도에 있는 국부 공간 주파수.

제17도는 사인곡선으로 변조시킨 비주파수의 세 사이클을 도시한 것임.

제18도는 사인곡선으로 변조시킨 주파수의 세 사이클을 도시한 것임.

제19도는 일정 영역 간섭 데이터로부터 주파수 변조를 제거할 때 사용되는 데이터 포인트 대 장방형에 대한 효과를 도시한 것임.

제20도와 제21도는 푸리에 변환의 불완전한 사인파상에서 테이퍼진 윈도우대 장방형에 대한 효과를 도시한 것임.

제22도는 신호 대 노이즈의 비율 대 파이버직경 표준 편차에 관한 것으로, 데이타 포인트들은 섬유의 다양한 직경들에 대한 간섭패턴을 모의 실현한 본 발명의 절차를 사용한 결과임.

제23도는 제11(a)도의 프린지 패턴에 대한 주파수 스펙트럼을 도시한 것임.

제24도는 센테에 80마이크론 홀을 함유한 125 마이크론의 코어 없는 파이버에 대한 각도 범위 50°에서 70°(미도시됨) 사이의 일정 영역 간섭패턴의 주파수 스펙트럼을 도시한 것임.

제25(a)도는 각도범위 50°에서 70°사이의 센터상에 2마이크론 홀을 함유한 125 마이크론의 코어없는 파이버의 전형적인 일정 영역간섭 패턴을 도시한 것임.

제25(b)도는 제25(a)도의 프린지 패턴의 주파수 스펙트럼을 도시한 것임.

제26(a)도는 각도범위 50°에서 70°사이의 센터상에 5 마이크론 홀을 함유한 125 마이크론의 코어없는 파이버의 전형적 일정영역 간섭 패턴을 도시한 것임.

제26(b)도는 제26(a)도의 프린지 패턴에 대한 주파수 스팩트럼을 도시한 것임.

제27(a)도는 각도범위 50°에서 70° 사이의 센터상에 20 마이크론 홀을 함유한 125 마이크론의 코어없는 파이버의 전형적인 일정영역 간섭패턴을 도시한 것임.

제27(b)도는 제27(a)도의 프린지 패턴에 대한 주파수 스펙트럼을 도시한 것임.

제28(a)도는 각도범위 50°에서 70° 사이의 센터상에 20마이크론 홀을 함유한 125 마이크론의 코어없는 파이버의 전형적인 일정영역 간섭패턴을 도시한 것임.

제28(b)도는 제28(a)도의 프린지에 대한 주파수 스펙트럼을 도시한 것임.

제29도는 50°에서 70°까지의 각도범위 대 일정 투사력에 대한 홀 직경에 있어서 토탈파워를 도시한 것임.

제30도는 0.D 구성인자 대 일정투사력에 대한 홀 직경에 관한 파워를 도시한 것임.

제31도는 센터상에 2마이크론 홀을 함유한 125마이크론 코어없는 섬유에 대한 반사광선과 굴절광선을 도시한 것임.

제32도는 광파이버를 통해서 굴절되는 광선의 진로를 도시한 것이다.

본 발명은 광학적 도파관이 있는 파이버(fiber), 광파이버 및 이런 파이버류에 대한 결점 탐지와 직경을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

광파이버의 외경을 정확하게 측정하는 것은 그러한 파이버의 제조 및 품질을 관리하는데 아주 중요한 것이다. 또한 다른 것들 사이에서 직경측정 방법은 파이버 추출 공정을 제어하고 상업적 이용을 위한 적당한 파이버를 선별하는데 이용되고 있다.

로렌스 왓킨스에 의한 미합중국특허제3,982,816호와 제4,067,651호에 파이버 직경을 측정하기 위한 광학적인 기술이 개재되어 산업전반에 걸쳐 폭넓게 사용되고 있다.

제1도는 왓킨스 시스템의 기본적인 구성요소를 개략적으로 보여주고 있다. 설명을 위해 횡단면으로 크게 확대시켜 도면에 나타내고 있는 것처럼 광파이버(13)에 충분히 공간적 응집성과 단일 파장성이 있는 빛(15)이 횡적으로 비춰져 어느 정도의 영역내에서 판별할 수 있는 간섭 현상을 이루고 있으며, 이와 같은 간섭 현상은 파이버표면(17)에 의해 반사되는 빛과 파이버 몸체(13)에 의해 굴절되는 빛의 중첩에 의해 만들어지는 것이다.

실제에 있어서는 파장의 안정성 때문에 광원으로써 헤네(HeNe)레이저가 바람직하다. 아래에 설명하는 것은 어떤 레이저 광원에 관한 견지에서 작성한 것이나, 만약 원한다면 충분한 공간 응집성과 단일 파장성을 지닌 다른 광원으로 이해될 수 있는 것이다.

왓킨스 특허에 나타나 있는 것처럼 이것은 일정 범위에서 반사되고 굴절되는 빛이 프린지 패턴(pattern, 19)으로 간섭을 일으키고 있는 것이다. 코어(core)와 클래딩(cladding)을 가지고 있는 광파이버에 대하여 상기 프린지 패턴은 일반적으로 투사되는 빛과 코어와 클래딩 모두에 대한 직경과 굴절지수에 대해 어떤 함수가 존재하고 있다. 그렇지만 왓키스 특허에 나타난바로써, 만약 코어/클래드 비가 너무 크지 않고 프린지 패턴이 충분히 커다란 각도에서 예를 들어 코어/클래드 비가 0.5이하이고 제1도와 같이 ±50° 이상으로 조사된다면 그 패턴은 클래딩에 대한 굴절지수와 직경에 대해 거의 배타적으로 작용하는 것이다. 따라서 클래딩의 굴절지수(n)가 알려져 있다면 파이버의 바깥지름(d)은 프린지 패턴을 분석하므로써 결정된다.

특히, 그 직경은 두각(θ_a와 θ_b)사이의 전체 및 일부 프린지 수를 계산하므로써 아주 정확하게 측정할 수 있는 것이며, 이때 아래 방정식을 사용하여 d를 계산할 수 있다.

E(θ_a) = sin(θ_a/2) + [n²+ 1-2n cos(θ_a/2)]^3/2(1)

E(θ_b) = sin(θ_b/2) + [n²+ 1-2n cos(θ_b/2)]^3/2(2)

d = Nλ/[E(θ_b)-E(θ_a)] (3)

여기서 λ는 파이버를 투사하기 위해 사용된 레이저 광선의 파장이다.

이세 방정식에서 직경과 프린지 수 사이에 직접적인 관계가 있다는 것을 알 수 있다. 실제로, 불변 클래드 지수 및 파장이 주어지면 직경과 프린지수를 곱하므로써 누구나 그 시스템을 실험에 입각한 상수에 의해 측정할 수 있는 것이다.

상기 프린지 카운팅(fringe counting) 기술을 이용하여 0.2 마이크론 수준의 평방자승평균(RMS) 정확도가 근사적으로 80° 각도 범위를 갖는 탐지기를 얻을 수 있다 (여기서 "정확도"라는 용어는 파이버 직경 측정의 1σ반복성과 같은 민감도로써 사용되며, 예를들어 만약 파이버의 일정 직경에 대한 반복된 측정값이 0.2마이크론 이하인 표준편차 σ의 분산을 갖는다면 그 직경 측정값은 0.2마이크론 수준의 정확도가 있다는 것임.) 대략 125마이크론의 직경을 갖는 파이버에 대해서는 이것이 2/10 이하 퍼센트 에러에 상응하는 것이다. 비록 아주 정확하다 할 지라도, 보다 높은 정확도가 보다 향상된 파이버를 위한 요구사항으로써 꼭 필요한 것이다.

예를 들면, 파이버 원격조정 장치가 가입자에게 보다 밀접하게 장착되는 것처럼 점증하는 전파영역에서 파이버 대 파이버 연결장치나 접목장치의 수가 급격하게 요구되는 것이다. 이들 접목장치 연결장치들은 만들기 쉽고 낮은 손실을 겸비하도록 함이 요구된다. 일반적으로 단일형 파이버에 있어서, 직경 조절을 잘하는 것이 이들 두 요구사항을 접목시키는데 아주 중요한 것이다.

특히 파이버 직경이 근사적으로 0.2마이크론 이하사이에서 1σ 표준편차를 요구하는 사항에 대해서는 더욱 그렇다. 주어진 목표하에 어떤 사람은 파이버 직경의 측정 및 제어하는 시스템이 0.2마이크론 이하의 정확도를 갖는 것을 더 선호 할 수도 있다. 이 정확도에는 과거 사용되었던 프린지 카운팅 기술 능력 이상의 10가지 요소가 있다.

방정식 1∼3은 파이버가 원형이라는 가정에 근거를 둔 것이다. 사실 파이버의 직경은 완전하게 원형은 아니나 적어도 계란형이나 타원형의 형태를 갖는 경향이 있다. 이 비원형성은 어느 정도 퍼센트까지 평균 파이버직경에 대한 과대 또는 과소 평가를 야기시킬 수 있다는 것이다. 파이버의 직경측정에 있어 이들 에러는 얻을 수 있는 제품의 균일성과 공정제어 수준에 제한을 가하는 것이다. 사실 일반적으로 초안으로부터 광파이버에 대한 구상을 할 때 어떤 특정한 값에서 평균 파이버 직경을 갖기를 요구하고 있다. 균일 수준에 기대되는 그런 파이버류에서는 광파이버 직경에 대한 1%오차도 상대적으로 커다란 에러로 간주되는 것이다.

따라서, 타원성등에 둔감한 파이버 직경측정 기술 즉, 고도의 정확도로 비원형 파이버의 평균 직경을 결정하게 되는 기술이 필요한 것이다.

게다가 파이버설계시 제조기술이 비원형성을 최소화하도록 조정 및 개조하기 위해 파이버의 타원성 특징을 나타내는 방법에 대한 요구가 그것이다.

항공기용 파이버에 있어서 홀이나 조그만 공간등과 같은 결함을 탐지할 수 있는 능력은 고품질의 파이버를 제공할 때 및 그런 결함 발생을 최소화하는 제조 기술을 계획할 때 매우 중요한 것이다. 비록 그들 결함이 파이버 전단면(홀의 중심에서 벗어남)의 어디에 위치하더라도 파이버의 홀이나 조그만 공간이 생기는 것은 파이버의 중심부에서 일어난다.

과거에 홀들은 파이버를 고안하는 동안 파이버 직경을 측정하는데 사용되는 절차에서 부분적으로만 탐지되어 왔었다. 특히 어떤 파이버 그의 목표직경으로 구상할때는 왓킨스 간섭패턴의 각 프린지의 위치를 예측할 수 있다. 이같은 사실을 이용하여, 홀이 전술한 사용자 요구에 합당한 길이의 프린지 미싱 시퀀스(frringes missing sequence) 예를 들면 투 미싱 프린지(Two Missing fringes)를 관찰하므로써 탐지되는 것이다.

그러나 비록 이 기술이 실제에서 아주 합리적으로 작용한다 할지라도 몇가지 문제점이 있었다.

첫째, 아주 소수의 프린지 수를 상실하므로써 작은 결점이 생겨나며 그에 따라 쉽게 작은 결점들을 빠뜨릴 수 있었다.

따라서, 파이버가 실제로 그와 같은 결점들을 포함할때에도 수용성 있게 받아들여지는 것이다. 또한 상기 결점들은 그 크기가 작은 상태에서 출발하여 점점 크게 되었다가 다시 축소되는 경향이 있다. 즉 작은 홀을 탐지하는데 있어 무능력성이라는 것은 홀의 라이프 사이클에 관한 시작과 끝을 판별하지 못한다는 것을 의미한다. 따라서, 전체 파이버가 버려지는 것을 예방하기 위해 홀이 탐지되는 파이버의 다른 긴 길이가 버려져야 한다.

둘째, 비록 홀탐지기가 작은 홀을 지나 가더라도 그런 홀에 의해 만들어지는 축소된 프린지 수가 전체 제어시스템으로써 탐지되고 파이버직경이 축소된 것처럼 분석된다. 이에 대한 처리는 일반적으로 파이버 직경을 부적절하게 증가시키는 것이다. 따라서 파이버가 작은 홀을 지닌체로 팔리는 것 뿐만아니라 파이버 직경 역시 비 정상적인 것이다.

셋째, 비록 홀이 탐지되기에 충분히 크게 확장되었다 하더라도 즉 전술한 바에 의하여 소비자에게 비수용성 있는 생산물을 보낸다는 사안을 부드럽게 완화시킬 수 있더라도 그 결과로 생기는 직경측정이 너무 둔해서 제어하고자 하는 시스템이 심각하게 혼란에 빠지고 재안정화하는데 상당한 시간이 걸린다.

본 발명의 개괄적 설명에 앞서 본 발명이 목적하는 것은 광파이버 또는 보다 일반적으로 투명 파이버의 직경을 측정하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 더욱 상세히는 전술한 측정의 정확도를 향상시키는데 본 발명의 목적이 있다. 정량 분석적인 용어로써 본 발명은 적어도 약 0.02마이크론, 바람직하게는 0.001마이크론 수준의 RMS 정밀도를 구비한 직경의 실시각측정치(real time measurements)를 만들어 내기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 요구되는 높은 정확도를 겸비한 직경 측정치를 신속하게 만들어 내도록 수치계산적으로 효과적인 방법 및 장치의 진보한 형태를 제공하는데 그 목적이 있다. 예를들어 어떤 움직이는 광파이버의 정확한 직경측정을 요구하는 것이 바로 그것이다.

좀더 정량분석적인 용어로써, 본 발명은 적어도 초당 약 500 측정의 비례 관계를 이루는 정밀성, 좀 더 바람직하게는 초당 1,000 측정치 또는 그 이상의 비율을 갖는 정밀도를 겸비한 직경 측정치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다. 본 발명의 또다른 목적은 광파이버 또는 좀 더 일반적으로 어떠한 투명유리 파이버류에 관한 평균 직경을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 상기 방법 및 장치는 실질적으로 비원형의 파이버류 더욱 상세히는 특히 타원형의 파이버류에 효과적인 것이다. 또한 실제에 있어 간단하고 경제적인 도구로써의 방법 및 장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 파이버(필라멘트)의 단면이 비원형 특히 타원형이 되는 범주들의 특성을 잘 나타내도록 하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 다시말해서 실제에 있어, 간단하면서 저렴한 기구로서의 방법 및 장치를 제공하는데 있는 것이다.

본 발명에 추가로 목적하는 것은 광파이버, 또는 보다 일반적으로 어떠한 투명 파이버에 있어서도 결점을 탐지할 수 잇는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

더욱 상세히는 1) 작은 결함을 탐지 할 수 있고 2) 결함의 라이프사이클에 따라 탐지 가능하며 3) 결함이 파이버의 중심상에 있는지, 아닌지를 특성화 할 수 있는 향상된 결함 탐지 기법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 종래 파이버 직경 측정하는데 사용하는 것들과는 다른 파라미터(parameter)들에 기초를 둔 결함탐지 기법을 제공하므로써, 미싱 프린지(missing fringe)등과 같은 동일한 파라미터가 모든 관계에 사용되는 종래 기술상의 문제점을 피하며 모든 제어 시스템 등 내에서 직경 제어 및 결함 탐지의 제단계들을 풀어 갈 수 있도록 함에 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 왓킨스 간섭 패턴의 프린지를 카운팅하는 것보다는 공간 주파수를 정밀하게 결정하는 관점으로부터 직경측정에 관한 문제에 접근한다.

상기 주파수는 공간성의 정도 당 프린지 싸이클의 평균 갯수이다.

상기 평균은 이미 알려진 탐지기의 첫 번째와 마지막 면소(pixel)에 대한 각도위치 θa와 θb 사이에서 프린지 패턴을 탐지하도록 사용되는 센서의 공간적 범위에 걸쳐있다.

상기 평균이 결정되면 평균 공간 주파수가 직경 측정치로 변환된다.

특히, 방정식 3에서 N에 대한 값은 평균 주파수 ω에 θb-θa를 곱하여 얻을 수 있다. 그러면 파이버 직경은 이미 알려진 파이버 클래딩의 굴절 지수와 투사광선의 파장길이를 이용하는 방정식 3으로부터 얻을 수 있다. 더 직접적으로, 평균주파수(ω)를 곱할 때 계산되어 질 수 있는 (또는, 실제로 실험적으로 결정되는) 변환상수(K)가 파이버 직경이 된다. 여기서, "상기 간섭패턴에 대한 평균 주파수"는 파이버 직경 측정치로 변환될 수 있는 간섭 패턴의 주파수 특성을 의미하며, 직경 측정치의 정밀도는 결정되는 주파수의 정밀도에 의존하다.

예를 들면, θa = 50°, θb = 70°, λ = 0.633 마이크론, n = 1.457 일 때 K의 계산값은 40.242이다. 따라서, 3.106 싸이클/각도의 평균 공간 주파수(ω)는 125 마이크론의 파이버 직경과 일치한다. (본 발명의 수치들은 대표적 계산예를 만들기 위해 본 명세서를 통하여 사용된 것이며 여기서는 "대표적 파이버", "대표적 파라미터", "대표적 계산" 등으로 언급하겠다. 물론 이들 값과 계산은 단지 예로써 나타낸 것으로 이해되는 것이며 어떤 의미에서도 본 발명을 제한하는 것으로 고려해서는 안된다).

본 발명에 따르면, 하기에 설명된 바와 같이, 간섭 패턴의 평균 공간 주파수는 노이즈가 존재할 때도 아주 높은 정밀도로써 결정이 가능하며, 예를 들면 약 80:1보다도 큰 노이즈에 대해서 적어도 25×10^-6싸이클/ 각도의 정밀도로 평균 공간 주파수가 결정된다. 상기 변환상수에 있어서, 공간 주파수를 결정할 때 정밀도 수준은 직경 결정시에 0.001 마이크론에 대응하는 것이며, 이것은 광파이버 기술의 제품에 요구되는 0.02마이크론 수준 내의 정밀도이다.

평균 공간 주파수 대신에 프린지 카운터를 결정하도록 센서의 출력(output)을 이용하면 평균 공간주파수 만큼 높은 정밀도를 얻을 수 없다. 우선 프린지 카운트 에러가 발생한다. 왜냐하면 센서의 각도범위의 끝단에서 프린지를 탐지할 때, 신호내의 노이즈나 그 외 다른 것들에 의해 에러가 발생하기 때문이다. 특히, 각각의 끝에서 프린지의 1/4만큼 오차가 날 가능성이 있다. 즉, 카운트된 프린지의 총계는 약 200보다 작기 때문에 이 에러는 약 0.25%의 정밀도에 대응되는 것이며, 약 125마이크론의 직경을 가지는 파이버에 대해서는 약 0.3 마이크론의 정밀도와 대응되는 것이다.

따라서, 본 발명은 기본적으로 왓킨스 모델을 이용하고 있으나 종래 왓킨스 모델상에 있었던 기술과는 아주 다른 방법으로 진행된다. 종래의 기술은 프린지를 계산하고 이에 따라 센서범위 끝단에서 부분적 프린지나 노이즈 문제가 발생하기 쉬웠다. 그러나, 본 발명은 전체 패턴에 대한 평균 공간주파수(ω)를 결정하기 위해 프린지 패턴에 관한 모든 정보를 사용하게 된다.

이 평균은 센서 범위의 끝단에서의 측정치들에 어느 정도 의존하지만 프린지 카운팅보다는 훨씬 작다. 이것이 직경측정의 정밀도를 달성하기 위해 본 발명이 하기에 설명되는 본 발명의 다른 신호처리과정 측면과 결합되는 점에서의 차이이다.

본 발명의 성공은 일정 간섭패턴에 대한 높은 정밀도를 갖춘 평균 공간주파수(ω)를 결정할 수 있는 가에 따라 좌우된다. 본 발명에 따르면, 평균 공간 주파수는 최대 스팩트럼 파워를 갖는 프린지 패턴의 주파수 구성인자를 결정함으로써 추정된다. 수학적 이론에 따라, 이 추정치는 원시 신호의 주파수 변조가 면제되어 왔던 간섭패턴의 주파수에 대한 최대 가능 추정치(maximum likelihoodestimate)를 포함한다는 것을 증명할 수 있다.

원문에 따라서, 최대 스펙트럼 파워로 형성된 프린지 패턴의 주파수 구성인자를 여기서는 "0.D. line" (바꾸어 말하면, "외경라인") 및 / 또는 프린지 패턴의 주파수 스팩트럼에 대한 "가장 밝은 라인"으로 언급되어진다. 물론 찾고자하는 구성인자가 일반적으로 가장 큰 파워를 가진 DC 구성인자는 아닐 것이며, θ함수로서 프린지 패턴에 대한 사인곡선 같은 편차에 부합하는 것이다.

마찬가지로, 찾고자하는 구성인자는 파이버(하기 참조)의 결점들에 기인하는 것도 아니다. 따라서, 본 발명의 성공은 높은 정밀도를 구비한 0.D.라인의 위치(주파수)를 결정할 수 있는가에 의존하는 것이다.

비록 패스트 퓨리어 변환(FFT)이 일정영역의 간섭패턴의 주파수 구성인자를 결정하기 위해 사용될 수 있고, 그 스팩트럼의 정점에 대한 위치가 파이버 직경을 계산하는데 사용될 수 있다하더라도, 상기 변환 자체만으로 파이버 직경의 측정에 있어 0.02 마이크론 이하의 RMS 에러를 성취할 수 있도록 충분한 정밀도를 구비한 최대 정점의 위치를 결정할 수 없다. (주의 : 아래에 충분히 설명된 바로써, 본 발명의 어떤 실시예에 있어, 패스트 퓨리어 변환이 프린지 간섭 패턴에 대한 초기분석은 가능하지만 파이버 직경이 유도되는 0.D. 라인의 위치를 궁극적 결정하는데 사용되지 못한다.)

상기 패스트 퓨리어 변환은 각 실질 데이터 포인트들의 값 M, 예를 들면 θ에 대하여 균등하게 간격이 띄워진 값 M에서 일정 영역 간섭 패턴의 진폭을 얻고, 균등하게 간격이 띄워진 공간 주파수 M에서 상기 값이 복소 양(계수)M으로 변환되는 것에 의하여 작용하는 것이다. 상기 계수 M의 크기는 서로 다른 주파수에서 스팩트럼 파워와 대응하는 것이다. 주차수 사이의 간격(Δf)은 1/M Δθ와 동일하며, 여기서 Δθ는 원시 데이터 포인트 사이의 간격이다.

첫째 M/2 계수와 둘째 M/2 계수는 그들이 나이키스트(Nyquist) 또는 폴딩(folding) 주파수에 대하여 정도로 서로 거울상(mirror images)을 구성한다는 점에서 서로 관련된다.

상기 패스트 퓨리어 변환 겁근에 관련된 문제점은 상기 FFT 스팩트럼의 한라인에서 이웃하는 라인으로의 변환에 대응하는 파이버 직경의 변화를 계산함으로써 알 수 있다. 20° 탐지기가 동등한 부분(면소)(M)으로 분할된다고 가정하면, 상기 FFT 스팩트럼의 아웃라인들 사이의 공간(△f)은 0.05 싸이클/각도와 같다.(△f = 1/M△θ = 1/ (M (20°/M)=0.05 싸이클/각도)

상기 식에서 변환상수 40.242를 대입하면, 한 라인에서 그 다음 라인으로의 변화가 약 2 마이크론의 직경변화에 대응한다는 것을 알 수 있다.

상기에 예시되었듯이, 상기 FFT 스팩트럼은 적어도 0.02 마이크론으로 요구되는 정확도를 얻기에 너무 조잡하다. 어떤 개량기술은 탐지기의 각도 범위를 거의 80°의 각도 범위를 증가시킴으로서 △f가 단지 0.0125 싸이클/각도의 높은 정밀도를 얻을 수 있다. 게다가 상기 변환상수 K는 상기 탐지기보다 다소 크며, 예를 들면 만약 상기 80° 탐지기가 6°와 86° 사이를 확장할 수 있으면, λ=0.633 마이크론, n=1.457에 대한 K의 계산된 값은 43.4996이다. 따라서, 비록 간섭 패턴은 각도 범위보다 크게 조사되더라도 상기 FFT는 여전히 단지 0.54마이크론 수준의 정밀도만 얻게되며, 이것은 25배 이상으로 너무 큰 것이다.

이 문제가 상기 FFT법이 본 발명에서 제공하는 정밀도 수준을 얻는데 부적합하게 만드는 것이다.

상기 FFT기술에 대한 부정밀도(imprecision)를 극복하기 위하여, 본 발명은 매우 높은 정밀도를 갖는 0.D. 라인의 위치를 결정하기 위해 미세 그리드상에 산출되는 이산연속 퓨리어 변환(DSFTs)을 이용한다. 본 발명의 다른 에러를 감소시키는 측면과 합치되는 이러한 접근방법을 사용함으로써, 본 발명에서 만들어지는 직경 측정치에 대한 표준편차는 그러한 편차에 대한 이론적 하한치(Cramer-Raobound)와 필수적으로 같다.

상기 하한치에 의한 성과는 비록 높은 정밀도를 보이는 일정영역의 간섭 패턴으로부터 파이버 직경을 결정하기 위하여 높은 정확도를 나타내는 다른 기술이 존재한다 하더라도, 객관적으로 본 발명의 기술보다 더 정밀도가 높은 다른 기술은 없다는 것을 가리킨다.

보다 일반적으로 설명하면, 이상 연속 퓨리어 변환은 M 데이터 포인트 값 X(K△θ), K = 0, 1, 2, …, M-1을 얻고 상기 값을 하기식에 따르는 선택된 공간 주파수 f상에서 단일 복소수 양 C(f)로 변환시키는 것에 의해 작용한다.

M-1

C(f) = ∑ X(k△θ) e^-1fk△θ(4)

k= 0

상기식은 오펜하임(A.V.Oppenheim) 및 샤퍼(R.W.Schafer)가 1989년에 뉴저지, 앵글우드 클리프, 프렌티스-홀(Englewood Cliffs, Prentice-Hall)에서 발행한 이산신호 신호처리(Discrete-Time Signal Processing) 45페이지에 나타나 있다. DFFTs는 각 시간마다 수행되어 단지 하나의 퓨리어 게수가 발생하지만, FFTs는 전 퓨리어 계수가 발생한다는 점에서 FFTs와 다르다.

결과적으로 DSFTs는 M/2 DSFTs가 단일 FFT로부터 얻는 M/2 불요계수(non-redundant)를 발생시키기 위해 필요하다는 사실로부터 즉시 알 수 있는 것처럼 FFTs보다 계산적으로 효과적이지 못하다. 이점이 FFTs가 DSFTs보다 더 선호되고 더 일반적으로 적용되는 이유이기도 하다. 그러나 비록 DSFTs가 계산적으로 비효과적이라 할지라도, DSFRs는 상기 계수가 결정되는 주파수가 사용자에 의해 선택될 수 있다는 점에서 FFTs를 뛰어넘는 장점을 가지고 있다.

즉, 상기 FFT와 비교해보면, 주파수가 k/M△θ, k = 1, 2, ..., M-1의 값에서 고정된다. 이것이 파이버 직경을 결정할 때 요구되는 높은 정밀도를 얻도록 하기 위해 본 발명에서 이용되는 DSFT의 장점이다.

본 발명의 DSFT 접근방법은 0.D. 라인의 위치를 결정하기 위해 다양한 방법에 적용될 수 있다.

주파수를 파이버 직경에 대한 가장 큰 계수에 일치시키는 간단한 변환이 0.02 마이크론 이내의 정밀도를 갖도록 하기 위하여 충분히 미세한 그리드 상에서 계수를 계산하는 것이 하나의 방법이다. 예를 들면, 상기 그리드는 나이키스트(Nyquist) 주파수 이상으로 확장될 수 있다. 변환 상수 40.242를 사용하면, 상기 목적을 달성하기 위한 간격은 약 0.0005 싸이클/각도이다.

따라서, 6.4 싸이클/각도의 범위를 커버하기 위해서는 12,800 DSFTs를 수행하는 것이 요구된다. 이렇게 많은 DSFTs를 계산하는 것이 산술적인 면에서 강하다. 그러나, 디지털 컴퓨터의 증가속도를 감안해 볼 때, 상기 방법은 만약 사용자가 원한다면 사용될 수 있는 방법이다.

O.D. 라인이 발견되리라 예측되는 주파수에 사용되는 미세 그리드의 범위를 제한함에 의해 수행될 필요가 있는 DSFTs의 수를 축소하는 것이 바람직한 방법이다. 이들 주파수를 확인하는 가장 바람직한 방법은 원시 데이터 상에 FFT를 수행하고, DSFTs가 계산되는 미세 그리드의 중심점에서 수행되어 결정되는 가장 큰 계수의 주파수를 사용한다. 실제로 이 방법은 아주 작은 크기를 갖는 미세한 그리드, 예를 들면 총 11DSFTs이 사용될 수 있다.

미세 그리드의 위치에 관한 정보를 제공하여, 초기의 FFT는 또한 광원의 파워를 조사하는데 이용될 수 있으며, 예를 들면, FFT 라인들의 진폭을 합산 및/또는 O.D. 라인 및/또는 D.C 라인의 진폭을 검사하는데 사용될 수 있다.

또한, 하기에서 설명하는 바와 같이, 초기의 FFT는 홀(holes) 같은 결점이 파이버 내에 현존하는지 아닌지를 결정하는데 이용될 수 있다.

직경 측정의 정밀도를 향상시키기 위해 미세 그리드 상에 산출된 DSFTs를 사용하는 것과 더불어, 정밀도를 향상시키기 위한 다양한 다른 기술이 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 사용된다. 특히, 원시 프린지 패턴 데이터의 로우 패스 필터링(low pass filtering) 및 다운샘플링(Downsampling) 은 노이즈에 대한 신호비를 증가시키도록 작용한다(여기서 사용되는 노이즈에 대한 신호비 RMS 노이즈에 의해 나누어지는 RMS 신호이다.)

또한, 탐지기 상에 간섭 패턴을 투사하는 렌즈시스템에 의하여 생산되는 분산(변조) 뿐만 아니라 왓킨스 모텔이 예측하는 탐지기의 각도범위를 교차하는 프린즈 패턴의 주파수 내의 분산(변조)은 DSFTs가 완전 사인곡선 신호로 수행되도록 데이터로부터 떨어져 있다.

더 상세하게는, 분석할 때 사용되는 프린지 패턴의 유한 범위(절단) 때문에 O.D. 피크의 위치에 대한 바이어싱(biasing)을 최소화하기 위하여, 선도 및 추적 데이터 포인트의 진폭이 "윈도윙(windowing)"에 의해 축소된다.

결국, O.D. 라인위치의 보다 나은 추정치를 제공하도록 미세한 그리드 DSFTs의 가장 밝은 라인 지역에서 쌍곡선으로 형성된다.

본 발명에 대한 각각의 정밀도를 향상시키는 특징은 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 관계되어 하기에 상세히 설명된다.

소수라인을 갖는 DSFT 그리드를 사용하는 것과 더불어, 공정에 대한 계산적 효과를 향상시키는 다양한 다른 절차는 본 발명의 바람직한 실시예에서 제공된다. 특히, 주파수 검파, 윈도우 커넥션(window connection) 및 미세한 그리드 DSFT의 제단계는 미리 계산된 매트릭스에 의해 단순히 데이터 값을 곱함으로써(바람직하게는 로우패스필터링(Low pass filtering) 한 후에) 미세한 그리드 스펙트럼을 얻을 수 있도록 오프라인에서 (off-line) 결합되고 수행된다.

온-라인(on-line)공정에서 더 축소되는 것은 데이터의 초기 분석시 결정되는 FFT 계수들을 선택하여 DSFTs의 역에 적용함으로써 데이터 값을 환원시켜 얻을 수 있다.

상기 DSFT를 역으로 바꾸는 단계는 오프-라인에서 수행되며 다른 오프-라인 단계, 즉, 바람직한 미세 그리드 DSFT 라인 스펙트럼을 생산하는 선택된 FFT 계수가 곱해졌을 때 매우 작은 미리 계산된 매트릭스를 생성하기 위해 주파수 변조, 윈도우 교정 (correction), 및 미세한 그리드 DSFTs와 결합된다.

실제로, 온라인에서 수행되는 15FFT 계수를 구성하는 복소수 벡터를 곱한 165 요소를 갖는 복소수 매트릭스(즉, 11×15 매트릭스)를 곱한 것, 예를 들어 11라인을 포함하는 미세한 DSFT 스펙트럼을 결정하기 위해서는 단지 15 복소수 FFT계수가 필요하다는 것을 알 수 있다. 이것은 일반적으로 유용한 컴퓨터 구성 성분을 이용할 때, 예를 들어, 적어도 0.02 마이크론의 정밀도를 유지하면서, 500 헤르츠 및 그 이상에서, 매우 높은 수행율로 광파이버를 이동시키는, 본 발명에 의한 측정방법이 실시간으로 수행되는 것을 가능하게 하는 온-라인에서 계산하는 수고를 감소시켜 주었다.

본 발명의 정밀도-개선되는 특징은 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 관련하여 하기에서 상세히 설명되어진다.

실제로, 본 발명에 의한 기술은 실제 파이버 직경 측정을 위한 강력한 시스템이라는 것이 확인되어진다. 첫째, 상기에 전술한 것처럼, 본 기술은 노이즈가 발생하는 상황에서 매우 정밀하다.

둘째, 본 기술은 넓은 범위의 직경을 가지는 파이버류에 대해 아주 선형적이다. 즉, 그것은 모형 실험 데이터에 본 기술을 사용하여 결정되는 직경값 및 50 ∼250 마이크론의 파이버 직경 범위에 걸쳐 알려진 입력자료의 직경값 사이의 가장 큰 편차가 0.01 마이크론 이하라는 것을 의미한다.

셋째, 본 기술은 아날로그 신호를 디지털 신호로 양자화 하는데 둔감하여 넓은 범위에 걸친 투광을 성공적으로 수행하며, 다시 말해서, 본 기술은 아주 큰 다이내믹한(dynamic)범위를 가지고 있다. 사실, 상기 신호가 단지 2 비트 A/D 컨버터(converter), 즉 4 그레이 스케일 값(Gray scale values)으로 양자화 될지라도 유도되는 에러는 역시 0.01 마이크론 이하이다.

넷째, 본 기술은 탐지기의 표면을 가로지르는 간섭 패턴의 변이에 둔감하다. 특히, 간섭패턴에 대한 하나의 완전한 사이클의 순서의 변이는 유도되는 에러가 0.002마이크론 이하인 결과다.

다섯째, 본 기술은 간섭 패턴의 진폭 변조, 예를 들면, 간섭 패턴을 탐지기 투사하기 위해 사용된 광학 시스템 내 결점으로부터 결과되는 간섭패턴의 진폭 변조에 의해 영향받지 않는다. 예를 들면, 간섭 패턴의 어떤 부분을 가로지르는 %프린지 패턴의 10%의 제거는 0.003 마이크론 이하의 유도에러를 발생시킬 뿐이다.

본 발명의 다른 목적에 따라서, 본 발명은 하기의 단계로 구성된 광파이버의 직경측정방법 및 관련장치를 제공한다.

a) 일정영역(왓킨스 타입) 간섭 패턴을 형성하기 위하여 파이버에 응집성(coherent), 단일 파장성(monochromatic) 광선, 예를 들어 레이저 빔을 직사하는 단계 ;

b) 공간적으로 떨어져 있는 두 위치에서 파이버 직경에 대한 두 값이 결정되는 간섭 패턴을 사용하는 단계로서, 상기 위치는 각 위치들 중 일일이 결정되는 타원형 파이버를 위한 직경 형태 대 회전 각도가 다른 위치에서 결정되는 동일한 형태로부터 근사적으로 90° 위상차가 있는 것을 선택하며;

c) 실질적으로 파이버의 타원성에 둔감한 파이버 직경에 대한 한 값을 만들기 위해 두 값을 평균하는 단계이다.

융합 실리카의 클래딩이 있는 파이버에 있어서, 약 120°에서 124° 범위에 있는 두 측정위치 사이의 공간각, 예를 들면, 123° 공간각은 두 직경 측정치 사이에 바람직한 위상차를 만든다.

상기 (c)단계에서 결정된 직경값은 타원성에 둔감할 뿐만 아니라 파이버의 장축에 대한 단축의 비가 0.98 또는 그 이상 되는 한 타원형 파이버의 평균 직경에 대한 훌륭한 접근치이다. 상기와 같은 범위는 실제의 광파이버의 다양한 유형을 포함한다. 상기 범위 이하에서는 타원형에 대한 편심성이 증가 할수록 보다 짧은 반경이 되기 때문에 상기 두 값을 단순히 평균하는 것은 평균직경을 과대하게 측정하는 경향이 있다.

본 발명의 또 다른 측명에 따라 파이버의 비원형 특성을 위한 방법 및 장치는 하기 설명된 제단계로 구성된다.

(a) 적어도 한 일정 영역 간섭 패턴을 형성하기 위해 파이버에 적어도 하나의 응집성 및 단일 파장성이 광선을 직사하는 단계,

(b) 파이버 직경에 대한 적어도 공간적으로 떨어져 있는 세 위치의 각각의 값인, 적어도 세 값을 결정하기 위해 간섭 패턴을 사용하는 단계;

(c) 파이버의 비원형성을 가리키는 지표, 예를 들면, 평균 직경 값에 의해 나눠지는 가장 큰 직경값과 가장 작은 직경값 사이의 차이와 같은 지표를 결정하는 파이버 직경의 적어도 세 값을 비교하는 단계.

본 발명의 상기 측면에 대한 바람직한 어떤 실시예에서 평균 직경을 결정하는데 사용된 두 개의 시스템, 즉 하나의 레이저와 각을 이루며 갈라져 있는 두 탐지기로 구성된 두 시스템이 다른 시스템과 관계되어 45°까지 변형되는 한 시스템이 또 다른 시스템의 상부에 겹쳐진다. 직경값들은 서로 다른 4개의 탐지기에 의해 얻어지며, 또 비 원형지수를 결정하도록 비교된다.

본 발명의 각각의 목적에 따라, 본 발명이 광파이버 내의 결함을 탐지하기 위한 두 가지 기술을 제공하며 이들은 분리되거나 또는, 바람직하게는 조합하여 사용할 수 있다. 두 기술은 홀들에 의해 만들어지는 일정 영역 간섭 패턴의 효과에 근거를 두고 있으며, 파이버 직경의 약 1%부터 약 60% 크기 범위 내에서 홀에 적용된다. 두 기술은 일정 영역의 간섭 패턴 부분, 예를 들면, 50과 70도 사이에 있는 부분을 탐지하며, 그 때 홀이 현존하는지 아닌지를 결정하기 위하여 상기 탐지된 패턴을 분석하는 것을 포함한다.

특히, 첫째 기술은 탐지된 패턴에 대한 공간 주파수 스펙트럼 발생시키는 것을 포함한다. 본 발명의 어떤 바람직한 실시에서, 패스트 퓨리어 변환을 사용하여 상기 스펙트럼을 발생시킨다. 상기 공간 주파수 스펙트럼은 파이버의 바깥지름에 대응되는 라인(구성인자)을 포함한다. (이후로는 O.D. 라인, O.D 구성인자, 첫째 라인 또는 첫째 구성인자로서 언급된다.)

본 발명에 따르면, 파이버가 결함을 포함할 때 스텍트럼은 둘째 구성인자를 포함하되 D.C. 구성인자의 주파수보다 크고 O.D. 구성인자의 주파수보다 작은 주파수(또는 분열될 때의 주파수(아래참조))를 갖는 다른 것을 확인하게 된다. 특히 중앙부에 있는 작은 홀에 대하여, 상기 둘째 구성인자의 주파수가 O.D. 구성인자 주파수의 거의 반이 된다.

게다가, 중앙부에 있는 작은 홀이 그 크기가 커질 때 둘째 구성인자는 초기 위치로부터 반대방향으로 이주하는 두 개의 보조 구성인자로 분열되며, 즉, 홀의 크기가 증가할 때 한 보조 구성인자가 공간 주파수 상태에 O.D. 라인 방향으로 상승하며 동시에 다른 보조 구성인자는 DC라인 방향으로 내려오는 것이다.

따라서, 장시간에 걸쳐 이 둘째 구성인자를 탐지하고 또 그 반응을 관찰함으로써 모든 작은 홀 및 그 성장을 감시할 수 있다.

두 번째 테크닉은 탐지된 간섭 패턴의 총 파워를 결정한다.

본 발명에 따르면, 총 파워는 필수적으로 홀 사이즈에 선형적으로 증가한다. 따라서, 장시간 동안 총 파워를 감시함으로써, 파이버 내에 있는 홀의 발생과 성장을 감시할 수 있다. 순수 홀 탐지는 홀의 현존을 과다하게 가리키는 총 파워에 대한 트레숄드(threshold)를 설치함으로써 성취할 수 있다. 예를 들면, 트레숄드는 탐지-자유 파이버에 대한 총 파워를 측정하고, 선택되는 파워 양을 트레숄드에 도달하는 기본 수준에 추가함으로써 실험적으로 설치 가능하다.

현조하는 홀에 영향받는 것과 더불어, 상기 총 파워 역시 파이버 위에 광투사 파워에 직접 비례한다. 그러므로, 총 파워를 감시하는 것은 조명 시스템내의 불안정한 변동에 기인하는 에러를 범할 가능성이 있다.

그러나, 본 발명에 따르면, 총 파워는 O.D. 구성인자의 크기(스펙트럼 파워)는 파이버 위에 광투사 파워에 직접 비례하며, 파이버 직경이 약 60%보다 작은 홀에 대하여 현존하는 홀에 필수적으로 독립되어 측정된다. 따라서, O.D. 구성인자의 파워와 간섭 패턴의 총 파워 모두를 감시함으로써, 현존하는 홀에 기인하는 변화가 조명시스템 내의 불안정한 변동에 기인하는 변화로부터 구별될 수 있다.

보다 상세하게는, O.D. 구성인자의 파워를 구비한 총 파워를 표준화함으로써, 원천 파워 내에서 일어나는 변화를 일정하게 유지하면서, 현존하는 홀의 크기가 증가할 때 변화가 증가하는 지시기를 얻을 수 있다는 것이다. 다시 말해서, 장시간에 걸쳐 이 표준화된 파워를 감시함으로써, 파이버에 있는 홀의 발생과 성장을 감시할 수 있으며, 표준화된 파워에 대한 트레숄드를 설치함으로써 순수 홀 탐지를 성취될 수 있다.

본 발명의 어떤 실시예에 있어서, 공간 주파수 스펙트럼은 하나의 위치 이상에서, 예를 들면 제2도의 +61.5°와 -61.5°에서 결정되며, 두 번째 구성인자는 각 스펙트럼 내에서 조사되고 확인된다. 상기 두 번째 구성인자의 주파수 및/ 또는 모양 및/ 또는 크기의 차이점은 탐지된 홀이 중앙에서 또는 중앙 외에 있는지 지시하는데 사용된다.

상기 기술의 조합, 예를 들면, 두 번째 구성인자 탐지 플러스 총 파워 탐지 플러스 위치 탐지는 상기 기술을 개별적으로 운영함으로써 교차검사를 가능하게 한다.

왜냐하면, 투사광이 파이버에 의해 굴절되고, 신호원으로부터 나오는 광선이 파이버 횡단면의 모든 부분에 도달할 수 없기 때문이다. (주의 : 전술한 바로써 이 효과는 종래 기술에서도 일어난다) 다른 각도에서 파이버에 투사되는 복합광원을 사용하는 본 발명의 실시예는 임의로 위치하는 홀을 탐지하는 가능성을 증가시킴에 따라 상기의 맹점들을 감소시키거나 제거할 수 있다.

명세서의 구성부분이 되는 이하 첨부도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것이며, 본 상세한 설명과 함께 하는 것이며, 또 본 발명의 원리를 설명한 것이다.

물론 본 상세한 설명과 도면은 단지 본 발명에 대하여 설명하는 것이며, 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 아래에 구체적으로 설명한다.

제2도는 파이버 직경을 측정하는데 있어서, 타원형에 둔감한 시스템을 도시한 것이다. 여기에 도시된 것처럼, 레이저(23)는 조준되어진 응집성 있고 단일파장성이 있는 광선(25)을 형성한다. 상기 광선(25)은 시스템에 대한 중앙축 또는 0°라고 정의하자. 광선(25)은 로부터 빛이 파이버(13)에 의해 반사되고 굴절되어 식 1∼3에 따르는 일정영역의 간섭패턴을 형성한다. 광학시스템(26)(27)은 왼쪽과 오른쪽 탐지기들(29)(31)에 일정영역의 간섭패턴을 투사하며, 상기 탐지기들은 포토탐지기들에 의한 성형적인 배열을 형성할 수 있으며, 상기 포토 탐지기의 출력치는 아날로그를 디지탈로 변환한 후 프린지 패턴의 디지털 표시를 구성한다.

상기 예와는 부차적이지만, 상기 각 탐지기의 출력치는 포토탐지기 장치의 각 픽슬에서 조명수준을 표시하는 2048디지탈값을 형성할 수 있다. 파이버를 제조하는 동안, 파이버가 레이저와 탐지기들을 포함한 계획하에 있는 정상상태로부터 수 밀리미터 변형할 수 있다. (여기서는 X-Y평판이라고 칭한다.) 만약 정확하지 않다면 이것은 탐지기상에 투사도는 프린지 패턴의 공간 주파수를 변화시킬 수 있으며, 때문에 허위로 직경을 측정하는 경향이 있다.

상기 광학시스템은 X-Y평판의 변형에 기인하는 어떠한 측정에러도 최소화할 수 있도록 설계되어야 한다. 이것은 에러가 관계된 광학시스템의 후부 초점면에 있는 탐지기를 배치하므로서 성취할 수 있다. 이런 상태는 정의에 의해서 일정 영역의 패턴을 실질적으로 파이버변형에 대해 무관하게 독립적으로 유지시켜준다. 왜냐하면, 초점표면은 일반적인 포인트에 동등한 각도범위의 빛은 갈라지게 되는 장소이기 때문이다.

탐지기들이 일반적으로 편평하기 때문에, 상기 광학시스템은 바람직하게는 초점면과 접하는 평판을 형성하여야 한다. 보다 바람직하게는, 광학 시스템은 접하는 초점판에서 접선면의 수차에 대한 횡축의 크기를 최소화해야 한다. 실제에 있어서, 스캔 렌즈형 시스템(Scanlens-type systems)이 상기 특성을 포함하고 있으며, 본 발명에 잘 수행되는 것을 확인했다.

또한, 스캔렌즈가 아주 유용하기 때문에 합리적인 비용으로 훌륭한 수행도를 얻을 수 있다. 비록 광학시스템이 어떤 f-θ의 일그러짐 특성을 만나게 되더라도, 그런 특성과의 조우는 아래에 상세하게 설명하는 것처럼 필수적인 것이 아니다. 즉 렌즈에 의해 야기되는 일그러짐이 발생 할 수 있으며, 그것은 주파수 변조단계에서 제거된다. 또한, 제2도에 도시되 있는 "telecentricity" 역시 꼭 요구되는 사항이 아니다. 결국 정점의 초점판에서 제2수차는 일반적으로 문제가 되지 않는다는 점에 주목하여야 한다. 파이버를 제조하는 동안의 변형에 대해 부연하면, 분산되는 패턴이 X-Y평판에서 편향되므로써 X-Y평판의 수직방향으로부터 1°까지 상하로 움직일 수 있다.

만약 파이버 및 탐지기의 조명장치에 대한 세로방향 범위가 충분히 작다면, 그때 일정영역의 패턴이 상기 탐지기 바깥으로 나가버릴 수 있다. 만약 이러한 문제가 발생한다면, 광학 시스템내에 실린더 렌즈를 장치하므로써 정확하게 조절이 가능하다. 즉, 만곡되는 센터를 지정하는 라인이 스캔렌즈의 축선에 수직하게 그리고 X-Y평판에 평행하게 지향시키고, 탐지기 후방에 위치하는 X-Y평판에 분산되는 패턴을 재편향하는 실린더렌즈를 위치시키므로써 상기 문제를 해결할 수 있다.

상기 문제에 관계된 예로써, 만약 스캔렌즈가 telecentric하다면 그때는 상기 실린더렌즈를 적당히 위치시킴으로써 후방촛점을 탐지기 표면에 일치시킬 수 있다. 상기에서 알수 있듯이, 광학장치들이 실제적으로 필수적인 것은 아니다, 즉, 운영자는 파이버에서 충분한 거리에 X-Y 평판에 있는 탐지기를 간단한 조작으로 요구되는 각도범위에 마주대하게 할수 있다. 이러한 상기 방법은 고도의 신뢰성과 낮은 비용을 적당히 구비하면서 아주 단순화한 장치로써의 장점을 가지고 있다. 가장 큰 단점으로는 탐지기상의 패턴에 대한 평공자가 파이버와 탐지기 사이의 거리에 따라 거칠게 균등하다는 것이다. 그러므로 명목상의 X-Y위치선정으로부터 파이버 움직임이 측정에러를 야기시킬 수 있다. 이때는 파이버를 충분히 엄밀하게 명목위치 선적시키거나 또는 파이버를 실제적인 파이버 상태에 관한 지식에서 알고 있는 에러에 대해 정확하게 유지시키므로써 상기 에러를 방지 할 수 있다. 그렇지만, 상기 에러는 1:5000(100마이크론 파이버에 대해 0.02 마이크론)이하로 유지시키기 위하여 파이버와 탐지기 사이의 거리레 대하여 1 : 5000의 파이버상태로 제한하거나 결정할 수 있다. 그러나 실제에서 즉, 제조공정에서 그런 제한은 비실용적이며, 또 제조공정에서 가능하다해도 상기와 같은 파이버상태를 결정하는 것은 매우 어렵다.

따라서, 상기의 광학시스템을 이용하는 것이 바람직하다. 제2도는 탐지기(29)의 센터가 +61.5°에 놓여있고 탐지기(31)의 센터가 -61.5°에 놓여 있다. 이 값에 대한 것은 아래에 상세히 설명한다. 각 탐지기에 대한 적당한 각도범위는 20°이다.

부연해서 탐지기(29)에 대해서는 +51.5°에서 +71.5°이며, 탐지기(31)에 대해서는 -51.5°에서 -71.5°이다. 물론 요구된다면, 다른 각도범위를 갖는 탐지기가 사용될 수 있다. 예를들면, 실제에서 16°의 각도 범위를 갖는 탐지기가 훌륭하게 수행한다는 것이 확인됐다. 각 탐지기의 출력은 파이버직경의 신호표시를 만들기 위해 여러 가지로 분석된다.

상기의 분석은 전술한 것처럼 다른 위치들 사이, 즉 왓킨스 패턴사이 20° 탐지구간내에 있는 부분적 프린지와 상기의 프린지를 카운팅하는 것을 포함한다. 바람직하게는 상기 분석이 아래에 설명하는 공간 주파수 분석 테크닉을 사용하도록 수행된다. 파이버직경에 대한 두신호가 발생하면, 그들은 단순하게 평균되어(부연하면 서로 합쳐진 다음 둘로 나누어진다) 최종신호를 만든다. 이것을 파이버 직경에 대한 표시이며, 실질적으로 파이버의 타원형에 둔감하다. 그것은 두 탐지기의 출력으로부터 중간신호를 얻을 수 없으며 최종신호가 요구되는 것이 실질적으로 마이크론으로 표시되는 직경값이 아니라는 것을 알려준다. 좀 더 정확히 설명하면, 그들 신호는 프린지 수이거나, 프린지 패턴의 어떤 특성을 나타내는 공간 주파수일 수도 있으며, 또는 파이버 직경을 표시하는 어떤 다른 양일 수 있다. 이것은 특히 주목해야 하는 경우이다. 즉, 실제적 직경값이 불필요한 공정제어의 일부로써 상기 파이버직경 측정법이 이용될 수 있는 것이다.

비록 상기 신호들이 직경측정에 필요하지 않는다 하더라도 각각의 신호는 평균에 대한 편의를 피할 수 있도록 여러 가지로 파이버 직경을 측정하는데 사용된다.

특히 상기 두 신호는 실린더형 파이버에 대해서는 필수적으로 같아야 한다. 상기 탐지기들의 위치를 결정하기 위한 공정 및 기본적 이론은 제3∼제7도에 나타나 있다. 이들 도면에 있는 곡선들은 180°회전된 타원형 파이버에 대한 측정된 프린지 수 대 회전각도의 관계를 도시한 것이다. 상기 도면에 이용된 기하학적 도형은 제1도의 간섭 패턴에 관계된 프린지 패턴이며 여기에서 파이버는 제21도에서 개략적으로 나타내고 있는 타원형 표면을 가진다. 상기 파이버는 시스템의 중심(레이저)축에 평행한 파이버의 단축에 대응하는 회전 즉, 0° 및 반시계방향으로 회전한다고 가정한다.

설명을 위해서 파이버의 코어 및 클래딩은 각각 1.469, 1.457의 굴절지수를 갖는다고 가정하며, 상기 코어직경은 8.0마이크론, 상기 클래딩의 큰 직경 및 작은 직경은 각각 126.0마이크론, 124.0마이크론이라고 가정했다. 이들의 크기 및 굴절지수는 단일형태의 광파이버 공정제어에 관한 본 발명의 다양한 응용에서 발견할 수 있는 전형적인 형태이다.

다른 형태의 투명유리 파이버에 대해서는 유사한 계산과정이 직경이 측정되는 파이버에 적당한 파라메타들을 사용하므로써 수행된다.

상기 계산과정은 탐지하는 광선에 의해 수행되면 그속에서 위상이 다양한 광선에 의해 탐지되어 일정영역의 간섭효과를 나타낼 수 있다. 또한 다양한 광선이 구비된 트랙파워를 유지시키고 반사광선을 증가시켜 실제적인 일정영역 패턴을 만든다. 계산단계는 조정하기 쉽게 하기위하여, 매우 작은 양을 표시하는 광선들은 무시된다. 일반적으로 적어도 투사력의 99%는 계정된다. 탐지광선 테크닉의 정확성은 실린더형 파이버류에 대한 스칼라 파동방정식(Scalar Wave Equations)의 해답과 비교하므로써 확인되어졌다. 제3도의 곡선은 각각 +46°와 -46°에서 중심을 향하는 두 80° 탐지기에 대해 산출되어진다. 제5∼제6도에서 곡선 37과 36은 각각 +60°, -60°로 중심을 향하는 두 20° 탐지기에 대해 산출된 것이며, 제7도의 곡선(43)(45)은 각각 +60°와 +70°에서 센터된 20° 탐지기에 대해 산출된 것이다.

제1도에 관해 조사는 제3∼제7도의 곡선들의 기본적 특성 몇가지를 알수 있다. 첫째로 이들 곡선의 구간을 180°이다. 왜냐하면 타원형 표면(21)의 대칭성 때문이다. 둘째 시스템축에 관계되어 대칭으로 위치한 탐지기에 대하여 예를 들면, θ1=-θ2, 두 탐지기(Nθ₁과 Nθ₂)에서 프린지수는 아래의 관계를 만족한다.

N_θ1(ω) = N_θ2(-ω) (5)

여기서 ω는 타원형 파이버의 회전각도이다.

제3∼제7도에 나타나 있는 각각의 프린지 카운트 곡선들은 사인곡선의 파동플러스 상수값의 합에의해 근사될 수 있다. 바꿔 설명하면 아래의 식에 의해서 근사된다.

N_θ(ω) = K(θ) + A(θ)[sin2(ω+Φ(θ))] (6)

여기서 K(θ)는 상수값이며, A(θ)와 Φ(θ)는 파동의 크기와 위상이고, 일반적인 경우에 있어서, 상기의 모든 값은 탐지기 각도 θ에 의존한다.

제3도에 대해 고찰해보면 상기 곡선에 대하여 K(θ)가 근사적으로 191.35 프린지이며, A(θ)는 근사적으로 1.25 프린지이고, Φ(θ)는 제3(a)도와 제3(b)도에 대하여 근사적으로 15°와 75°이다.

본 발명에 따르면 두 탐지기 위치 (θ₁과 θ₂)는 측정된 위치에서 평균직경이 파이버의 타원형에 둔감하도록 선택된다.

바꾸어 설명하면, [N_θ1(ω) + N_θ2(ω) 1/2 = Nav (7)

; 모든 ω에 대하여

상기 시스템 중심축의 반대편에 위치하고 그 축으로부터 일정각도 만큼 각격띄어진 상기 두 탐지기의 첫째 경우를 고려하면,

바꾸어 설명해서 θ₁= -θ₂일 때, 우리는 대칭성에 의해 아래식을 알 수 있다.

K(θ₁) = K(θ₂) (8)

A(θ₁) = A(θ₂) (9)

따라서, 식 6을 형성하는 곡선을 만족하는 식 7에 대하여 아래의 관계가 모든 ω에 대해 만족하는 것이 틀림없다.

Sin2(ω=Φ(θ₁)) = -Sin2(ω + Φ(θ₂)) (10)

계산순서에 따라 이것은 Φ(θ₁)과 Φ(θ₂)가 아래관계를 만족해야 한다는 것을 의미한다.

Φ(θ₁)- Φ(θ₂) = (2m-1)π/2, m= 1,2,...... (11)

또는 그래프에서 첫 번째와 두 번째 탐지기 위치에 대한 프린지 카운트 곡선이 90° 위치상이어야 한다. 제4도에 도시된 것처럼, 탐지기위치 ±46°에 대응하는, 바꿔 설명하면 거칠게 수직한 제3(a)도와 제3(b)도의 프린지 카운트 곡선들은 식 10을 만족하지 않는다. 이들 두 곡선들에 대한 위상차는 요구되는 90°보다는 근사적으로 60°이다.

따라서, 상기 두 탐지기 위치에 대한 평균직경 측정은 요구되는 것처럼 타원형에 둔감하지 않다. 그렇지만 제5(a)도와 제5(b)도에 도시된 것처럼, 근사적으로 ±60°보다 더 떨어지게 탐지기들을 움직이는 것은 근사적으로 90°의 요구되는 위상차를 성취하는 것이다. 제6도에 도시된 바로써 상기 두 탐지기 위치에 대한 프린지 카운트의 평균은 바꿔 설명하면 곡선 41은, 실질적으로 파이버의 회전각도에 대해 독립적이다. 즉, 타원성에 훨씬 둔감한 것도 제8도에 도시된 절차에 의해 성취가능하다. 상기 그림에서 수직축(감쇠에러축)은 단일 탐지기, 예를 들면, 제6도의 곡선(37)(39)에 대한 프린지 카운트 곡선의 정점에서 정점으로의 크기비율을 도시한 것이며, 수평축은 탐지기들 사이의 각도이다. 제8도에서 가장 큰 감쇠에러는 바꿔 설명하면 적어도 20에서 1로 되는 감쇠에러, 약 122°에서 최대가 되는 각도 범위 약 120°∼124° 사이에서 일어난다. 이것은 프린지 패턴의 복합적인 속성 때문에 유한 감쇠에러 값에 대응하게 되는 타원성에 대한 완전한 둔감성은 산출되 최적 탐지기 간격조차도 성취할 수 없는 것을 알려 주는 것이다. 그렇지만 20에서 1로의 축소는 실질적인 응용에 아주 적합하다. 상기 프린지 카운트 곡선들과 이에 따른 제8도의 에러감쇠 커브는 클래딩의 굴절지수에 의존한다. 일반적으로 최대에러감쇠를 얻는 탐지기 간격은 굴절지수에 관한 약간 증가하는 함수관계를 이루고 있다. 그렇지만 0.05이하의 지수변화에 대한 최적 탐지기 간격이 변하는 것은 별로 중요하지 않다. 따라서, 아주 넓은 온도 범위하에 아주 다양한 파이버 형태가 동일탐지기 간걱을 이용하면서도 고도로 타원성을 감쇠하면서 직경측정이 가능한 것이다.

실제로 123°(θ=±61.5°)의 간격이 온도의 넓은 범위에 걸친 다양한 단일 형태 및 복합 형태의 광파이버 직경 측정에서 성공적으로 수행한다는 것을 확인했다.

제3도∼제8도의 곡선들은 완전히 타원형을 이루는 파이버에 대하여 산출된 것이다. 실제로 원형 파이버로부터의 성분의 편차는 타원형에 의해 나타나는 편차보다 다른 구성인자를 포함할 수 있다. 따라서 비원형성에 따른 약간의 잔여 민감도가 산출되는 에러 감쇠값의 최대치에 대응하는 디덱터 간격을 기대할 수 있다.

실제로 광파이버의 비원형에 대한 주구성요소는 약 0.2 마이크론보다 큰 비원형성의 타원형이라는 것으로 확인됐다. 따라서, 본 발명의 기술이 그러한 상기 파이버들에 대한 훌륭한 에러감쇠를 제공한다.

보다 낮은 비원형성을 가지는 파이버는 보다 적은 타원형을 갖는 경향이 있으며 그러므로, 본 발명에 의하여 에러감쇠를 어느 범위까지 감소시킬 수 있는 것이다. 그렇지만 그런 파이버류에 대한 최대와 최소 직경사이의 차이는 매우 작아서 다소 감소된 에러 감쇠는 별로 중요하지 않다.

또한, 상기의 요구되는 타원성에 대한 둔감성은 탐지기들의 비대칭배열에 대해서도 성취할 수 있는 것이다. 일반적으로 프린지 카운트 곡선의 위상은 근사적이고 θ에 따라 선형적으로 증가하며 부연하면, 상기 위상은 θ의 크기에서 각 1° 증가에 대하여 근사적으로 1°씩 증가한다. 이 효과는 제7도에 도시되 있으며, 거기에서 곡선(43)(45)는 디덱터 센터각도 60°와 70°에 대하여 각각 산출된 것이다.

대칭성으로부터 변화는 대칭적으로 동일하게 그러나, 반대방향에 약 -60°로 위치한 디덱터에서 일어나며 부연하면 상기 위상은 θ크기에서 각 1° 감소할때마다 근사적으로 1°씩 감소한다. 따라서, 요구되는 90° 위상차는 왼쪽 및 오른쪽 탐지기 위치에서 똑같게 그러나 반대방향에서 일어나는 변화에 의하여 유지될 수 있으며 예를들면, 오른쪽 탐지기가 -60°에서 -50°로 움직이는 동안 왼쪽 탐지기를 60°에서 70°로 이동시킴으로써 상기 위상차가 유지된다. 또다른 방법으로는 약 120°에서 탐지기들 사이의 간격을 유지시킴으로서 상기 요구되는 위상차 90°가 유지된다.

비록 비대칭 형태가 이용될 수 있다 하더라도, 대칭형태가 여러 가지 이유에서 바람직하다. 첫째, 약 120° 간격을 유지하기 위하여 탐지기들중 하나는 시스템 중앙축에 보다 근접하게 이동시켜야 한다. 결과적으로 코어의 효과는 상기 축에 대해 훨씬 멀리 떨어진 탐지기보다 상기 축에 근접한 탐지기에 대해 크게 되는 것이다.

또한, 제7도에 도시된 것처럼, 식 (6)에 있는 K(θ)와 A(θ)값은 탐지기각과 함께 변화한다. 파이버의 타원성에 대한 둔감도를 최대수준으로 유지하기 위하여, 이 효과는 데이터로부터 제거되어서 두 탐지기에 대한 평균직경을 측정할 때 편의가 생기지 않도록 해야되며 부연하면, 상기 탐지기들은 그들의 기대되는 위치에서 측정되기 때문에 실린더형 파이버에 대해서 실질적으로 동등한 신호를 준다.

비록 이상에서 설명한 것처럼, 두 동면 탐지기와 한 레이저를 사용하여 타원형에 둔감한 직경측정을 수행하는 것이 바람직하다 하더라도, 그런 측정은 또한 두 레이저와 두 탐지기를 사용하여 수행될 수 있는 것이다. 특히, 두 분리된 그러나 레이저-탐지기 동일 조립체는 각각은 한 레이저와 한 탐지기를 구성하여, 서로 상부위에 겹쳐질 수 있어서 첫 번째 레이저에 의해 만들어지는 간섭패턴은 두 번째 레이저에 의해 만들어지는 간섭패턴과 혼합되지 않는다.

상기의 조립품은 두 조립품이 세로방향으로 약간 변위되는 것에 의하여 두간섭 패턴이 분리되면서 동축적으로 겹쳐질 수 있다. 상기 두 시스템은 선택적으로 겹쳐지기 때문에 파이버에 수직방향에서 나타나는 것처럼, 약간 상대적으로 각도가 생기는 두 레이저 광선에 의해 두 프린지 패턴이 분리되면서 파이버의 동일한 세로 방향의 상태를 측정할 수 있다.

상기의 동축적으로 겹쳐지는 고안은 보다 일정한 방향으로 나가도록 고안한 것이나 만약 파이버의 기하학적 형태가 두 세로방향의 위치에서 동일하지 않으면 에러를 유도할 수 있다. 또한 레이저에서 일정한 각도를 부여하면 상기 고안에 대한 문제는 제거할 수 있으나 각 장치의 정렬과 그 제조에 있어 복잡성이 추가된다. 실제로는 동축적으로 겹치는 것이 두 조립품에 약 1밀리미터 정도 세로방향으로 분리시키는 방법과 함께 사용되어 왔다. 일반적으로 상기와 같이 작은 거리차에 대한 파이버의 기하학적 변화는 불충분하며 특히, 파이버를 뽑아 내는 동안 움직이는 파이버를 측정할 때는 더욱 그렇다.

어떤 접근법이 사용되더라도 부연하면, 두 개의 동일한 레이저-탐지기 조립품들이 서로 90°를 향할때까지 동축적으로 겹치기 또는 레이저에 일정각도를 부여하기가 이용되더라도 프린지 수 대 파이버각도 곡선에서 필요한 90° 위상변화를 얻을 수 있다. 이것은 타원형에 대한 둔감도는 각각의 레이저-탐지기 조립체에서 레이저와 탐지기 사이가 근사적으로 60° 각도를 이루는 것에 의존하지 않는다는 것을 알려주는 것이다. 사실, 두 조립체들이 동일할수록 상기 탐지기들은 레이저에 관계되는 어는 각도에서도 위치할 수 있으며, 그곳에서 프린지패턴이 직경을 표시하는 것이다(왓킨스 특허 참조).

보다 일반적으로 설명하면, 상기 탐지기들이 어느 방향으로든 지향되어서 그들의 결과를 나타내는 프린지수 대 파이버적용상태에 관한 곡선들은 90° 위상차가 있도록 하는 만큼 상기 두 레이저-탐지기 조립체는 동일해서는 안된다. 상기 동일한 경우나 혹은 동일하지 않는 경우에 있어서, 직경 측정 평균은 제2도의 곡면형태로 나타나는 것처럼 파아버의 타원성에 실질적으로 독립되어 있다. 그렇지만 추가레이저를 요구하는 것은 상기의 방법이 1레이저/2탐지기 접근법보다 값비싼 도구를 사용하게 되는 것이다.

상기 비원형 파이버의 평균직경을 결정할 수 있는 것과 더불어 그것은 또한 파이버가 비원형인 범위의 특징을 나타낼 수 있는데에 중요하다.

제6도를 참조하면, 그들 정점값에서 곡선(37)(39)사이의 차이, 바꿔설명하면, 약 45°와 135°는 비원형성에 대하여 훌륭한 측정을 제공한다는 것을 볼 수 있다. 그러나, 불행하게도 다른 각도에서 차이는 별로 의미가 없으며 0°, 90° 및 180에서 그 차이는 "0"으로 떨어지고 이 때문에 파이버가 원형이라고 잘못되게 지시하는 것이다. 물론 실제에 있어서, 탐지기들에 관계되는 파이버의 방향은 일반적으로 알려져 있지 않다. 제9도는 두 탐지기보다 많은 4개의 탐지기를 사용하여 파이버직경을 측정하게 되어 상기 문제를 해결하는 것을 나타낸다. 바람직하게로는, 상기 4개의 탐지기는 첫 번째 시스템의 중심축에 45°로 관계되어 변화되는 둘째 시스템의 중심축이 있으며, 서로 각각의 상부에 위치되어 제2도에 나타난 타입의 두 시스템으로 구성된다. 이 변화는 첫 번째 시스템에 대한 프린지 카운트 곡선들에 45°로 관계되어 변화되는 두 번째 시스템에 대한 프린지 카운트 곡선들을 발생시켜, 제9도에 나타내는 것처럼 상기 곡선들 사이의 갭(gaps)들을 메우는 것이다.

파이버의 비원형성을 가리키는 다양한 지수들은 4개의 탐지기들로부터 얻어지는 직경측정치로부터의 결정이 가능하다. 예를들면, 이미 측정된 평균직경에 의해 나누어진 가장 큰 직경에서 가장 작은 직경을 뺀 것과 같은 지수가 이용될 수 있는 것이다.

제9도에 대하여, 상기 지수는 약 0.016부터 약 0.011까지 다양하게 변화하며, 이때 약 20°, 70°, 110° 및 160°의 파이버방향에 대하여 최대에러가 일어난다. 상기 에러는 약 30%이며, 비원형성 정도에 대한 과소평가를 포함하고 있다.

만약 상기 파이버의 비원형성이 완전히 타원형이라고 가정하면, 상기 비원형성 정도가 추정된 에러는 어떤 타원형 적합을 수행함으로써 감소시킬 수 있다. 그렇지만 일반적으로, 비원형성은 완전히 타원형이라고 가정하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서 상기에서 설명한 형태의 지수를 이용하는 절차가 바람직하다.

비록 본 설명에서 4개의 탐지기들의 경우에 대해서만 예시되었다하더라도, 일반적으로 타원성은 세 개 또는 그 이상의 탐지기들을 이용함으로써 특성이 밝혀질 수 있다고 이해되어야 한다. 상기 탐지기들의 형태는 질적으로 다른 두 개의 형태로 논리된다. 즉 홀수개 탐지기를 사용하는 형태와 짝수개 탐지기를 사용하는 형태가 그것이다.

상기 홀수개 형태는 비원형성에 대한 최대과소평가가 그 다음으로 짝수개 시스템의 최대과소평가보다 작은 예를들면, 세 개 탐지기들의 과소평가는 4개 탐지기들에 대한 과소평가보다 작다는 장점을 가지고 있다.

상기 효과는 제9도와 제10도를 비교함으로써 알수 있다.

제9도에 있는 약 20°, 70°, 110° 및 160°의 파이버 회전방향에 대하여, 파이버의 단축에 대한 가장 큰 과대평가는 파이버의 장축에 대한 가장 큰 과소평가치와 일치하며, 이에 의해 파이버 비원형성에 대한 최대과소평가치를 얻는 것이다.

홀수개 탐지기에 대해서는, 상기 장축 및 단축에 대한 가장 큰 에러의 일치는 일어나지 않는다. 이 효과는 세 개 탐지기 경우에 대한 제10도에 나타나 있다. 이 도면에 나타난 것처럼 단축의 과대평가치가 가장 크게 나타나는 위치가 장축의 정확한 추정치에 일치하고 역으로 장축의 과소평가치가 가장 크게 나타나는 위치가 단축의 정확한 추정치에 일치한다. 결과적으로 파이버의 비원형성의 모든 최대과소 추정치가 4개 탐지기시스템(바꿔표현하면 약 30%)보다 3개 탐지기 시스템(바꿔표현하면 약 25%)에 대해서 더 적다.

또한 비원형성의 추정치에 대한 분산은 4개 탐지기 시스템보다 3개 탐지기 시스템에 대해 더 적으며 부연하면, 제10도의 범위가 약 12%에서 25%까지 훨씬 좁고 뻗어있는 동안, 제9도에서 과소평가치 범위가 0%에서 약 30%로서 잘 비교되어 있다.

홀수개 탐지기 시스템에 대한 단점이 탐지기와 레이저를 정렬하는 실제적 문제로부터 나타난다. 예를 들면 3개 탐지기 시스템에 대하여 상기 탐지기는 파이버 근방에 위치해서 세 탐지기에 대한 파이버의 회전 각도 대 프린지 수를 나타내는 도표가 120° 위상차로 나타난다. (제10도 참조) 일반적으로 만약 단지 하나의 레이저가 이용된다면, 이것은 프린지 패턴이 파이버직경을 표시하지 못하는 위치에 탐지기중 하나가 놓이게 될 것이라는 것이다(왓킨스 특허 참조).

따라서, 시스템 운영자는 탐지기들중에서 2개와 관계있는 한 레이저와 세 번째 탐지기와 관계있는 다른 레이저가 구비된 3개 탐지기 시스템을 얻기 위하여 두 레이저를 사용할 수도 있다. 보다 간단하게 설명하면 3개 레이저와 3개 탐지기가 사용될 수 있으며, 여기서 상기 레이저 탐지기쌍은 120°까지 변화되는 그들의 충심축과 함께 서로 다른 상부에 겹쳐진다.

일반적으로 홀수개 형태의 증가된 복잡성이 짝수개 형태를 보다 바람직하게 만드는 것이다. 특히 상기 기본단위체를 사용할 때 두 탐지기 계획, 즉 제2도에 나타나 있는 타원성-둔감시스템은 파이버를 측정하기 위한 다른 어떤 것들중에서 가장 바람직한 방법으로 사려되며, 그것은 두 탐지기 계획 즉, 타원성-둔감 시스템, 즉 4개 또는 그 이상의 탐지기 계획의 비원형 측정시스템보다 상위의 타원형-둔감시스템을 유지하는데 어떤 변화도 요구하지 않기 때문이며, 또한 이것은 타원형-둔감도에 관계된 컴퓨터 용장도(Redundancy)를 제공하게 되며 왜냐하면 기본적인 2 탐지기 계획시스템에 대한 어느 하나내에서 고장을 일으켰을 때, 상기 2 탐지기 계획시스템을 지속시키는 다른 어느 것이 파이버 직경의 타원성둔감 측정을 얻을 수 있기 때문이다.

제9도와 제10도에서 즉, 제10도의 3개 탐지기로부터 또는 제9도의 4개 탐지기로부터 신호에 대한 평균이 파이버의 타원성에 대해 둔감하다는 것을 알려주고 있다 (곡선(50)(52) 참조). 보다 일반적으로 설명하면, 타원형에 대한 둔감성은 복수 탐지기를 위치시킴으로써 성취가 가능하며, 바꾸어 설명하면 "M"탐지기, 즉 타원형 파이버에 대한 회전각 대 직경에 관한 도표가 M 위치에서 결정되도록 섬유근방의 M 탐지기는 또다른 탐지기로부터 근사적으로 180°/M 위상차가 있다. 따라서 두 개에서 세 개 또는 그 이상으로 계획된 목적하에 시스템 운영자는 타원성에 둔감한 파이버직경을 측정하는 능력을 손상하지 않고 파이버의 비원형성을 측정할 수 있는 능력을 얻을 수 있는 것이다.

타원성에 둔감한 파이버 직경 측정치를 유도할 때와 파이버의 비원형성의 특성을 나타낼 때 사용되는 상기와 더불어 본 발명의 다양한 실시예는 또한 파이버를 뽑을 때 파이버의 최대 원료상태(MMC)를 조정 및 파이버에 대한 추정치를 유도하는데 이용이 가능하다.

상기의 파이버에 대한 MMC는 파이버를 둘러싸는 가장 작은 원으로써 정의된다. 즉, 타원형에 대해서는 장축을 의미하는 것이다

그의 관련성은 상기 파이버가 단단한 튜브내에 위치하는 실제응용에 있는 것이다.

상기 MMC는 M개로 목적하는 시스템 사이에서 측정되는 최대 직경으로써 추정이 가능하거나 또다른 대안으로서 적당한 타원형의 장축으로서 추정이 가능하다. 상기의 두 추정기법에 대한 찬반을 논하는 것은 지금까지 전술한 파이버의 비원형성을 추정하는 기법에 대한 찬반을 논하는 것과 마찬가지이다.

상기 MMC에 대한 추정기법의 예로써 제6도에 나타나 있듯이 파이버 각이 어떻게 형성되더라도 어느 각도에서의 상기 MMC는 곡선(37)(39)보다 크다. 이 경우에 있어서 주목해야 할 것은 상기 MMC는 단지 45°와 90° 방향에서 정확하게 추정된다는 것이다. 이와 다른 파이버 방향에서는 상기 MMC가 과소평가되며, 최대 과소평가치는 0°, 90°와 180° 방향에서 일어나는 장축과 단축의 차이의 50%와 동일하다. 한편, 상기 경우에 있어서, 에러는 만약 단일탐지기 계획이 상기 MMC를 추정하는데 이용됐더라면 산출됐을 값보다 적으며, 그것은 여전히 측정과 제어시의 요구수준에 비해 상대적으로 큰 값이다. 일반적으로 상기 과소평가치의 크기는 탐지기 계획수가 증가하는 만큼 감소된다.

본 발명의 일례로서 4개 탐지기 계획에 대해서 도시된 제9도에 나타나 듯이 22.5°, 67.5°, 112.5°, 157.5° 방향에서 일어나는 상기 MMC의 최대 과소평가치는 장축과 단축의 차이에 대해 단지 29%에 불과하다.

지금까지 개괄적으로 설명하였듯이 본 발명의 직경 측정 과정은 제11(a)도에 나타나는 타입의 일정영역 간섭패턴에 대한 O.D. 라인의 공간주파수(ω)를 결정하는 것을 포함한다.

제12도에는 2.0 싸이클/각도와 4.0 싸이클/각도사이의 공간주파수에 대한 어떤 패턴의 스펙트럼이 나타나 있다. 제11(a)도의 간섭패턴과 함께 제12도의 스펙트럼은 전술된 125마이크론 파이버의 대표적인 파라메터에 대한 것이다.

상기의 스펙트럼은 산출한 간섭패턴에 대해 DSFTs를 0.01 싸이클/ 각도 간경에서 사용하여 결정한 것이다. 이 도면에서 알 수 있듯이 상기 스펙트럼은 다양한 크기를 가진 상이한 공간주파수에서 연속적인 피크(라인)을 형성한다.

이 패턴에 대한 O.D.라인은 인용부호 70과 인용부호 72로서 아래에서 설명되는 갤러리 모드라인에 의해 제12도에 동일하게 나타나 있다.

본 발명의 목적은 적어도 5×10^-4싸이틀/각도의 정확도를 구비한 O.D. 라인의 주파수를 찾는 것이다. 이 목적을 성취하기 위해 사용된 다양한 진행단계들이 제13도와 제14도에 나타나 있으며, 제13도는 온-라인에서 수행되는 제 단계이고, 제14도는 오프-라인에서 수행되는 제 단계를 나타낸 것이며, 이때 저장됐다가 나중에 온-라인 프로세서에 의해 사용된다.

이들 다양한 제 단계들에 대한 운영은 아래에 상세히 설명한다.

Ⅰ. 프리필터링 및 다운샘플링(Prefiltering and Down sampling) 간섭패턴을 표시하는 데이터를 처리할 때 첫 번째 온-라인 단계는 프리필터링과 다운샘플링 단계(520)이다. 상기 프리필터링의 목적은 1) 디지털 데이터의 신호 대 노이즈비를 향상시키고 2) 그 다음 다운샘플링 단계에서 일어나는 다른 경우의 가능성, 예를 들면 아주 높은 주파수가 의사되어 중요한 주파수 범위에 포함 될 수 있는 가능성을 예방하는 것이다. 다운샘플링의 목적은 온-라인 처리시간을 최소화하기 위하여 온-라인 처리단계에 체제하도록 공급되는 데이터 포인트의 수를 감소시키는 것에 있다.

상기 데이터의 신호 대 노이즈비(S/N)는 필요한 개수이상의 샘플을 취한 후 로우패스 필터링 하고나서 불필요한 샘플들을 제거하므로써 괄목할 만큼 개량된다. 특히 상기 S/N비는 십분율(Dicimation rate)의 평방근에 의해 증가한다 (예를들면 2048개 샘플에서 256개 샘플로 축소된 것에 대한 약 2.8) 로우패스필터에서 절단된 주파수는 파이저 직경에 대한 O.D. 주파수가 필터링한 후 데이터에 제재하도록 선택된다.

상기 O.D. 주파수는 식 3에서 볼 수 있듯이 파이버 직경에 선형함수이다. 전술한 변형 상수 40.242를 사용하면 125마이크론 파이버에 대한 O.D. 주파수는 근사적으로 3.1싸이클/각도가 된다. 만약 직경이 250 마이크론 정도되는 파이버를 측정해야 한다면 6.2싸이클/각도 이상의 절단주파수를 가지는 로우패스필터가 선택될 것이다.

상기 필터링의 효과는 상기 O.D. 라인의 주파수내에 어떤 변화(편의)를 나타내는 것이다. 특히 필터링 한 후에 상기 피크는 여과되지 않은 데이터에 대하여 얻어지는 스펙트럼이 O.D. 주파수에서 경사지게 되는 필터의 주파수에 대한 신호의 동일하고 반대 방향인 경사를 형성하는 주파수에 대해 변화된 상태로 나타난다. 따라서, 필터는 O.D. 라인이 결정되는 정확도보다 적은 편의에 대하여 선택되어야 한다. 즉, 아래에 설명되는 Parks-Meclellan필터에 대하여, 상기의 편의는 약 25×10^-6싸이클/각도를 보다 적기 때문에 직경 측정의 정확도에 실질적으로 영향을 미치지 못한다. 어떤 향상된 S/N비를 성취하기 위해서는 다운 샘플된 데이타에 대한 폴딩주파수 또는 Nyguist보다 파워있는 스펙트럼은 제거되어야 한다. 예를들면, 20° 탐지기에 산포된 2048면소들에 대해 Nyguist주파수는 51.2싸이클/각도이다.

(f_N= 0.5 * (2048/20) = 51.2 싸이클/각도)

상기 데이터를 256데이타 포인트들로 다운샘플링 한것은(바꿔설명하면, 8에서 1로 감수) Nyguist 주파수를 6.4싸이클/각도로 감소시킨다.

따라서, 6.4싸이클/각도 근처에 있는 절단주파수를 갖는 로우패스필터가 상기예에 사용될 수 있을 것이다. 이 값은 전술한 파이버 직경 250마이크론을 토대로 산출한 값 6.2싸이클/각도보다 큰 것을 주목해야 한다. 물론 상기의 보다 큰 숫자가 본 발명을 충족시키는 것이다.

본 기술에서 알려진 다양한 디지털 필터들은 상기의 로우패스필터로 사용이 가능하다. 마찬가지로 다양한 다운샘플링비도 본 발명의 실시예에서 이용이 가능하다. 예를 들면, 20°탐지기에 분포되 있는 2048 데이터 포인트들에 대해서 8:1 비율의 다운샘플링과 26 포인트 유한임펄스 반응(FIR) Parks-McClellan 필터를 구비한 필터링은 실제에서 성공적으로 작용하는 것을 확인했다. Parks-McClellan 필터에 대한 일반적인 토의는 A.V Oppenheim과 R.W.Schafer의 저서 Discrete-Time Signal Processing의 페이지 465∼488과 T.W. Parks외 C.S.Burrus의 저서 Digital filter Design의 페이지 89∼106에 나타나 있으며, 본 명세서에서는 참고 문헌으로 일부를 구체화한 것이다.

테이블 1은 상기 필터에 사용되는 적당한 계수들이 명시되 있다. 이들 계수는 절단 주파수를 근사적으로 6.4싸이클/각도로 만들며 실제에서 40에서 250마이크론 범위의 파이버에 대한 O.D. 라인을 정확하게 패스(Pass)시키는 것을 확인했다. 필터의 주파수 반응영역에 관한 구성은 제15도에 도시되있다.

원시데이타의 다운샘플링은 매 8번째 포인트에 대한 상기 필터의 출력을 계산하므로써 성취된다.

Ⅱ. 패스트 퓨어리어 트랜스포옴

두 번째 온-라인 처리단계 54는 주파수 영역에서 복합계수들을 만드는 다운샘플되고 필터된 데이터에 패스트 퓨어리어 변형을 수행하는 것으로 구성된다. FFT를 수행하기 위한 적당한 절차는 "The Fast Fourier Transform and its Application"이라고 타이틀된 1967. 2. 9일 IBM Research Rapel RC 1743에서 발행한 책속에서 Cooley, Lewis와 Welch에 의해 설명되 있으며, 본 명세서에는 참고 문헌으로 일부를 이용하였다.

아래에 상세히 설명된 바와 같이 파이버 직경을 정확하게 결정할 때 뿐만 아니라, 파이버에 있는 홀과 같은 결함을 탐지하는데 이용할 수 있고, 레이저, 광학시스템, 탐지기의 운영을, 예를들면 FFT 스펙트럼 및 DC의 크기 및 O.D. 라인에 있는 모든 파워를 검사하므로써 상기 운영을 감시할 수 있다.

Ⅲ. FFT 스펙트럼내의 O.D. 라인의 동일성

세 번째 온-라인 처리단계 56은 FFT 스펙트럼내 O.D. 라인을 동일화하는 것을 포함한다. 이러한 탐색은 FFT 계수의 크기를 이용하여 수행하는 것이다. 본 목표는 가장 큰 크기 즉, D.C. 계수보다 큰 또는 파이버에서 결함과 관계하는 계수, 상기 O.D. 라인의 주파수보다 작은 것에 대한 주파수를 가지는 계수를 발견하는 것이다.

만약 측정되는 파이버 직경이 일반적으로 알려져 있다면 상기 탐색은 파이버에 대한 O.D. 라인이 발생한다고 기대되며 그때 아래로 향하는 지역에서 진행된다. 더욱 상세하게 설명하면 상기 탐색을 O.D. 라인이 기대되는 주파수 상위의 라인으로 시작할 수 있으며 그때 낮은 주파수를 가지는 라인들을 향해 나아간다. (FFT 라인의 공간은 탐지기의 각도 범위 즉 예를 들면 20° 탐지기에 대한 0.05 싸이클/각도에 있는 것중 하나인 것에 주목해야 한다.

전술한 대표적인 파이버 125마이크론의 예를 들면, 상기 탐색은 3.1싸이클/각도, 다시 표현해서 20°탐지기에 대한 스펙트럼라인 보다 상위에서 시작한다.

또다른 대안으로써, 상기 탐색은 가장 큰 파이버 직경에 대한 O.D. 라인의 지역보다 상위에서 시작할 수 있으며 그 시스템은 가장 큰 직경을 측정하도록 고안되었으며 보다 낮은 주파수를 향하여 진행한다. 예를 들면 만약 측정된 가장 큰 파이버가 직경 250 마이크론 이라면 그 탐색은 스펙트럼 라인 124보다 상위에서 시작해서 하방으로 진행할 수 있는 것이다.

또 다른 경우로써, 상기 탐색은 측정되는 가장 작은 파이버 직경에 대한 O.D. 라인의 지역에서 종결이 가능하다.

예를들면 20° 탐지기에 대한 약 스펙트럼 라인 20에 대응하는 약 49 마이크론 직경의 파이버 경우가 이에 포함된다.

요구되는 최대치는 크기가 근접하여 앞서가는 라인과 근접하여 뒤따르는 라인 모두 보다 큰 라인에 대한 탐지에서 찾을 수 있다. 또한 이것은 상기 최대라인의 크기가 임계치(threshord)보다 큰 것을 요구하는 것에 대해 바람직한 것이다. 특히 광파이버에 대한 FFT 스펙트럼이 O.D. 라인(제4도의 라인 72를 참조)보다 상위의 주파수로서 피크를 포함 할 수 있다는 것을 확인했다. 즉 파이버 직경과 투사광의 도파관에 의존하는 FFT 스펙트럼이 존재 또는 부재하는지를 확인했다.

그것은 상기와 같은 높은 주파수 라인은 파이버 표면에 전파되는 갤러리 모두로부터 유래된 것으로 믿어지며, 따라서 독특한 파이버가 생산되는지 어떤지간에 이 라인은 투사광의 파장에 관계되는 파이버의 둘레길이에 의존하는 것이다.

이 고도로 높은 주파수 라인은 O.D. 라인보다 더 작은 크기를 갖는다. 따라서, 입구를 적당히 설치하므로써 상기 탐색절차가 이 라인을 무시하고 바람직한 O.D.라인을 찾는 것이다.

실제에 있어서, O.D.라인의 전형적인 피크크기에 1/4(=0.25)정도되는 고정된 임계치를 이용하는 것이 갤러리 모드라인에 존재하는 O.D.라인을 확인할 때 성공적으로 수행되는 것으로 확인되었다.

만약 요구된다면, 탐지기를 운영하는데 사용되는 자동 홀 제어시스템이 O.D. 라인에 대해 기대되는 높이를 일정하게 유지시키는데 이용될 수 있다. 일단 상기 O.D. 라인이 확인되면, 상기 O.D. 라인과 상기 O.D. 라인의 다른쪽에 미리 선택된 수많은 라인들이 남아있는 온-라인 처리단계에 사용된다.

전술한 본 발명에 따라서 초기 프린지 데이터는 섬세한 그리드 DSFTs를 결정할 때 사용되지 말아야 한다. (주의 : 상기 초기 데이터는 만약 요구된다면 사용될 수 있다.)

더 정확히 설명하면, 상기 O.D.라인 지역에서 선택되는 FFT계수에 DSFTs가 사용되므로써 얻어지는 재형성된 데이터가 높은 정확도로써 결정되는 O.D.라인의 위치를 허용하는 충분한 정보를 포함한다는 것을 확인했다. 이어지는 온-라인 처리단계를 위하여 보류될 필요가 있는 FFT 계수들의 크기는 FFT 라인들의 간격과 데이터에 사용되는 "윈도우" 교정장치, 측정되는 직경의 범위, 데이터의 S/N비, 탐지기의 크기 그리고 탐지기상에 간섭 패턴을 투사하는 렌즈시스템의해 나타나는 간섭패턴 뿐만 아니라 왓킨스 모텔에 의해 예측되는 간섭패턴에 대한 주파수의 고유변조와 같은 그런 변수들에 따라 좌우된다. 일반적인 지침서에서 가리키는 것처럼, 상기의 선택되는 FFT 라인들은 적어도 약 ±4/M△θ 싸이클/각도로써 O.D. 라인에서 펴져나간다. 여기서 M은 데이터 포인트들의 개수이며 △θ은 데이터 포인트들의 간격이다. 이것은 적어도 O.D. 라인의 다른쪽에 있는 4개의 FFT 라인들이 사용된다는 것이다.

어떤 독특한 응용에도, 상기 라인들의 최적 개수는 예를들면 선택되는 파이버 직경들에 대한 프린지 데이타가 모의 실험되는 공정을 사용함으로써 결정될 수 있으며, 그때 선택된 파이버 직경에 충분히 접근한 파이버 직경을 유도하는 공정에 대한 크기를 찾을 수 있는 데이터를 재형성하는데 이용되는 라인의 개수를 다양하게 변화시킨다.

예를들면, 상기의 모의 실험된 프린지 데이터가 왓킨스 방정식이나 모의 실험된 노이즈 예를들면 화이트 가우시안 노이즈를 포함하는 파동방정식 모델을 사용하는데 계산 될 수 있다.

실제에 있어서, 제13도와 제14도에 도시된 바람직한 처리단계와 전술한 상기의 대표적인 파라메타에 대하여 O.D. 라인 주변에 중심정렬된 총 15 FFT계수들은 측정되는 파이버 직경에 있어 바람직한 0.02 마이크론 정확도 수준을 제공하는데 충분하다. 그러나 만약 요구된다면 비록 상기의 총 15 FFT 계수보다 적은 것도 사용될 수 있다. 예를 들면 비록 15라인의 결과치가 더 튼튼한 것으로 사려되었으나 9라인의 결과도 훌륭한 결과치를 만드는 것으로 확인되었다. 제13도에 도시되 있는 것은 상기 15 계수들이 컬럼 벡터(Colunm Vector)[A₁......A₁₅]에 의해 표시되어 있는 것이다.

Ⅳ. 메트릭스 곱셈

네 번째 온-라인 처리단계 58은 미리 계산된 메트릭스에 의해 상기 선택된 FFT계수들을 배가 시키는 단계를 형성하되 상기 미리 계산된 매트릭스는 1)역 DSFT 운영 2) 주파수 변조 3) 윈도우 교정 및 4) 아주 좋은 그리드 DSFT라인들의 계산을 일체화한 것이다. 제13도에 도시되 있는 것은 상기 메트릭스가 인용부호 60에 의해 확인되었다.

상기 메트릭스의 구조는 제14도에 도시되 있으며, 이하 상세히 설명한다.

상기의 미리 계산된 메트릭스에 의해 FFT 계수들을 배가 시킨 결과는 아주 좋은 그리드 주파수에서 스펙트럼 파워를 표시하는 복잡한 계수들을 형성한다. 메트릭스에서 컬럼의 수는 FFT 계수들의 수, 예를 들면 15와 같고 로우의 수는 아주 좋은 그리도 DSFT 라인들, 예를 들면 11과 같다. 왜냐하면 데이터를 재형성하기 위해 이용되는 FFT 라인들과 DSFTs에 이용되는 FFT 라인들 모두 O.D. 라인 근처에서 공간을 이루어야 하기 때문에 매트릭스 원소들의 값들은 O.D. 라인이 변하는 위치만큼 변동하는 것이다. 실제에 있어서 어떤 큰 메트릭스는 예를들면 100컬럼과 500 로우를 가지는 메트릭스는 O.D. 라인 위치들의 범위를 포함하도록 형성되었고 FFT단계 54에 의해 결정되는 것과 같은 하등한 O.D. 라인 위치는 배가시키는 단계 58에 사용되는 상기 큰 메트릭스의 적당한 컬럼과 로우를 선택하는데 이용된다. 상기 메트릭스에 포함되는 O.D. 라인 위치들의 범위는 시스템이 측정하는 직경범위에 의해 결정된다. 예를들면 만약 시스템이 40 마이크론에서 250 마이크론 범위의 직경을 측정한다면 대표적인 파라메타들에 대하여 그 때 약 1.0싸이클/각도에서 약 6.2 싸이클/각도까지 범위를 갖고 있는 O.D. 라인들은 상기 큰 메트릭스에 포한된다.

상기 범위를 포함하는 상기의 큰 메트릭스에서 필요한 컬럼수는 FFT라인들 사이의 공간에 따라 좌우된다. 전술한 것처럼 20°탐지기에 대한 상기 FFT공간은 0.05싸이클/각도이다. 따라서, 근사적으로 100칼럼은 상기 탐지기에 대한 1.0부터 6.2싸이클/각도 까지 범위를 포함하도록 요구된다. 마찬가지로 로우수는 아주 좋은 그리드 간격에 의해 결정된다. 즉 0.01싸이클/각도의 간격을 형성하는 아주 좋은 그리드에 대해서 근사적으로 500로우는 동일한 범위를 포함하도록 요구된다.

상기 큰 메트릭스는 온-라인 처리단계를 수행하는 동안 롬(ROM)에 저장되거나 검사 테이블로서 접근하기 위한 적당한 저장 수단물내에 저장된다.

Ⅴ. DSFT 스펙트럼내 O.D. 라인의 위치

다섯째와 여섯째 온-라인 처리단계 62와 64는 메트릭스 곱셈에 의해 발생되는 DSFT 스펙트럼내에 O.D. 라인을 위치시키는 것으로 구성된다. 즉 여기서는 두 단계로 처리하는 것이 바람직하게 이용하는 것이다. 첫째 단계 62에서 상기 세 개의 가장 밝은 DSFT라인들의 위치가 결정된다. 부연하면 가장 큰 크기를 가지는 식 4의 세 개의 C(f) 계수들의 위치가 결정된다 (주의 : 식 4에서 이용되는 X(K△θ)는 원시 데이터 포인트가 아니고 제13도에 따르는 것처럼 신호처리후의 데이터 포인트들이다.) 그 다음, 단계 64에서 포물선에 상기 최대 스펙트럼 파워에 대응하는 주파수에 대한 보다 나은 추정치를 얻는 상기 세포인트들이 적합된다.

특히 세 개의 가장 큰 계수들의 크기 즉 ｜C(fm^-1)｜, ｜C(fm)｜,｜C(fm+1)1를 이용하여 아래식에 따르는 a,b 와 c 계수들이 결정된다.

[C(f)] = a+bf+cf²(12)

그 때, 포물선의 정점에 일치하는 주파수는 아래식에 의해 주어진다.

fp = -b/(2c) (13)

Ⅵ. 이버 직경값의 결정

마지막 온-라인 처리 단계 66는 식 13에서 파이버 직경값으로 결정되는 주파수를 변환하는 것으로 구성된다. 전술한 바와 같이, 이 단계는 어떤 상수, 예를들면 전술한 대표적 파라메타에 대한 40.242에 주파수를 간단하게 곱할 수 있도록 형성되었다. 바람직하게는 실제에 있어서, 상기 상수는 직경이 알려진 실린더형 파이버를 이용하는 시스템을 측정하므로써 실험적으로 결정된다. 이제 제14도를 살펴보면, 이 도면은 제13도에 나타난 단계(58)에 이용되는 미리 계산된 메트릭스를 나타내는 다양한 구성인자들을 도시한 것이다. 특히 상기 미리 계산된 메트릭스는 제14도에 도시되있는 글자 A,B,C, 와 D와 동일한 네가지 메트릭스의 산물이다.

이들 메트릭스의 각각의 구조는 아래에 설명한다. 설명을 쉽게 하기 위하여 본 설명은 단계 58내 어떠한 계산에도 이용되는 메트릭스 원소의 견지에서 진행하며, 이것은 실제에서 상기 메트릭스 원소들이 FFT단계 54로부터 결정되는 O.D. 라인의 주파수에 입각한 큰 메트릭스로부터 선택되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

A : DSFT 메트릭스의 역

인버스 DSFT 메트릭스(메트릭스 A)는 FFT 단계 54에 의해 결정되는 O.D. 라인을 둘러싸고 있는 선택된 FFT 계수(예를들면 15계수들)에 의해 재 형성된 프린지 패턴을 형성시키는데 작용한다.

이 복합 메트릭스의 원소들은 아래에 의해 주어진다.

a_mn= e^j2πfrim(14)

여기서 m은 1에서 FFT(예를들면 256)를 수행할 때 이용되는 데이터 포인트들의 수까지이며 n은 1부터 상기 재형성 과정(예를들면 15)에 이용되는 FFT라인들의 선택된 수까지이다. 상기 FFT라인들에 의한 A 메트리스를 곱하는 효과는 파이버내의 결점, 갤러리 모드, DC레벨 등과 같은 원시 데이터의 다른 형태로써 간주하는 축소된 정보와 O.D. 라인으로 간주하는 실질적인 정보를 포함하는 데이터 값들을 생산하는 것이다.

식 14의 fn들은 FFT O.D. 라인을 둘러싸고 있는 선택된 FFT라인들의 싸이클/각도 내 주파수이다.

예를들면 전술한 대표적 파라메타, 15라인, 20°탐지기, 125 마이크론 파이버가 있을 때, 상기 fn은 0.05싸이클/각도의 일부가 되며, 0.7싸이클/각도(14×0.05)의 범위로 확장될 수 있고 3.1싸이클/각도 근처로 중심정렬된다.

B. 주파수 검파

주파수 변조 메트릭스(메트릭스 B)는 아래 두가지에 기인하여 탐지기 각도 범위에 걸쳐있는 프린지 패턴의 주파수의 분산(변조)를 제거하는데 작용한다. 첫째(1) 왓킨스 모델에 의해 예측되는 간섭 패턴의 고유 주파수 변조와 둘째(2) 탐지기상에 간섭 패턴을 투사하는데 이용되는 광학 시스템에 의해 유도되는 프린지 패턴내의 만곡현상에 기인하는 분산(변조)를 제거시키는 것이다. 주파수를 변조시키는 것을 제거하는 장점은 1) O.D. 피크의 폭이 다소 감소된다. 그리고 2) 본 기술이 미싱프린지(Missing Fringe)에 보다 덜 민감하게 된다는 것이다. 정말로 이것은 실제에서 측정된 직경이 방해된 프린지의 30%만큼도 필수적으로 영향을 받지 않는다는 것을 확인했다. 또한 만약 왓킨스 모텔에 의해 예측되는 변조 주파수가 제거되었다면 O.D. 라인의 위치를 정하는데 이용하고 파이버 직경의 추정은 파이버직경이 선형적으로 증가하는 실질적인 편의를 나타낸다. 간섭 패턴의 고유 주파수 변조에 관해서 왓킨스 모델은 간섭 패턴이 아래 식에 따르는 θ에 의해 다양하게 변하는 지력적인 주파수를 형성할 것이다.

FL(θ) = [dπ/(2λ180)][cos(θ/2+nsin(θ/2) ×[n²+1-2n cos(θ/2)^-1/2] (5)

여기서 θ는 라디안으로 측정된다.

θ의 함수로서 나타나는 이변조는 제16도에 도시되있으며, 이것은 전술한 대표적 파라메타들과 각도범위가 50°부터 70°에 이르는 125 마이크론 파이버에 대한 식 15의 작성도면이다. 이 도면이 보여주고 있는 것처럼, 상기 파라메터들에 대한 최대 지역적 주파수는 60° 근처에서 일어난다. 본 발명에 따라서, 상기 주파수 변조에 대한 효과는 각 데이터 포인트에서 변조가 발생했을 때 그 포인트에 존재할 수 있는 광도의 값을 대치하므로써 주파수 변조를 데이터로부터 게거하는 것이다.

이 처리과정은 제17도와 제18도에 예시되어 있다. 즉 제17도는 주파수가 변조되지 않은 사인곡선과 같은 세 사이클을 나타낸 것이며, 각 24 데이터 포인트들에 대하여 45°까지 증가한 사인파의 위상이 X축을 따라 도시되었다.

제18도는 상기와 동일한 24데이타 포인트들에 대하여 주파수가 변조된 세 사이클이 도시되있으며, 이때 45° 위상 포인트들이 제17도에 나타난 것처럼 X축을 따라 균일하게 분배되지 않고 주파수 변조의 결과로써 다양하게 이격되어 있다. 하지만 만약 제18도에 있는 각각의 24데이타들에 45°포인트에 대응하는 곡선값을 (예를들면 3×45°에서 곡선의 값을 데이터포인트 3에 대치하는)대치했다면 그 결과는 제17도와 같게 될 것이다.

이것은 상기에서 처럼 동일한 수의 사이클이 계속 남아있는 동안 상기 대치결과는 주파수 변조가 제거되어 나타나는 것이다. 또 다른 측면을 고려하면, 제17도와 제18도의 곡선에 대한 평균 주파수는 동일하나 제17도의 곡선은 제18도의 곡선보다 더 강력하게 퓨어리어 분석될 수 있는 완전한 사인파라는 것이다. 물론, 이것은 결정될 필요가 있는 것이 지역적 주파수가 아니라 평균 주파수라는 것이다. 따라서 제17도의 곡선에 대하여 분석하므로써 비록 지역적 주파수에 대하여 정보가 부족한 곡선이라 하더라도 직경을 결정하는데 대한 요구되는 정보를 파악할 수 있는 것이다.

그 다음 상기 문제로 간섭 패턴내 동등한 위상 포인트들의 위치를 확인하여 그들 포인트(아래 참조그를 포이트에 대한 변조값)에 대한 값들이 원시 테이타 포인트에서의 값들로 대치되는 것이다.

식 15는 그러한 동등한 위상 포인트는 첫째로 파이버의 직경 d를 모르면 찾을 수 없다는 것을 시사한다. 물론 그것은 상기 처리과정이 알려지지 않는 직경을 결정하기 위해 탐색하는 과정이라는 것이다. 그렇지만 본 발명에 따르면 상기 동등한 위상 포인트들의 위치가 파이버의 직경에 대해 독립적이라는 것을 훌륭하게 확인하였다. 특히 동등한 위상 포인트들 θ(i), i=1,2,.... M, 여기서 M은 데이터 포인트들의 초기 수이다. 예를 들면 256이 아래의 뛰어난 식들에 해결될 수 있다는 것을 확인하였다.

E(θ(i)/2 = αE(θb/2) + (1-α) E(θa/2) (16)

α= (i-1)/M-1) 2 < i < M-1 (17)

여기서 θa와 θb는 각각 첫째 각도 위치와 M번째 데이터 포인트이며 E(θ i / 2)는 아래에 의해 주어진다:

E(θ i / 2) = sin(θ i /4)+[n²+1-2n cos(θ i /4)]^1/2(18)

이들 상기 식들은 수학적으로 잘 알려진 성공적인 접근 기법에 의해 예를들면 1) 식 16의 오른쪽을 산출하는 방법 2) θ i에 대한 값을 추측하는 방법, 예를들면 초기 데이터포인트의 각도위치 3) 식18로써 추측할 수 있기 때문에 E(θ i / 2)를 결정하는 방법 4) 식 16의 오른쪽값과 E(θ i / 2)의 사이의 차이 △를 계산하는 단계 5)△가 충분히 작다는 진보된 가정으로써 본 처리 과정을 반복하는 단계에 의해 해결할 수 있다. 즉 예를들면 상기의 진보된 가정은 초기의 가정 마이너스 △×(θb-θa)/E(θb/2)-E(θa/2))라 할 수 있다.

상기 처리과정을 이용하여 얻은 결과는 주파수 변조를 제거하도록 결정해야 하는 간섭패턴의 값에서 각포인트들과 실질적인 그 포인트의 위치와의 차이를 상쇄시키는 형태로써 제19도에 나타나 있다. 이것은 첫 번째 128데이타 포인트들에 대하여 간섭 패턴의 값이 약간 큰 각도(예를들면 데이터 포인트 64에 대하여 최대 증가치가 0.0078°)에서 결정되어야 하며 두 번째 128데이타 포인트들에 대해서는 약각 작은 각도 (예를들면 데이터 포인트 192에 대하여 최대 감소치가 0.0078°)에서 결정되어야 한다는 것이다. 제19도는 탐지기상에 일정영역의 간섭 패턴을 투사하도록 이용되는 광학 시스템에서 생기는 만곡효과를 자유로 검파메트릭스로 혼입시키는 편리한 방법을 제공한다. 그러나 전통적인 광선탐지기법을 사용할 때 제19도와 동일한 도면이 파이버 측정시스템에 이용되는 개별 렌즈 시스템에서도 형성될 수 있다. 이것은 각 테이터 포인트에 대하여 어떤 상쇄되는 것이 이론적으로 그 데이터 포인트를 마칠 수 있는, 예를들면 어떤 개개 데이터 포인트가 실질적으로 55°에서의 광선이 54.95°에서 정렬된 포토 탐지기(photo detector)를 맞추나 이론적으로는 55°의 광선으로 표현된다면 그 상쇄되는 것은 0.05° 가 될 수 있는 광선의 실질적 위치를 표현하도록 산출될 수 있다는 것이다. 그 때 제19도의 상쇄되는 것에 렌즈의 상쇄되는 것은 단순히 더하므로써 상쇄되는 것들에 대한 어떤 결합세트가 그 위치들을 표현하는 것을 얻으며 그곳에서 간섭 패턴에 대한 값들이 렌즈의 만곡효과와 고유 주파수 변조 모두가 제거된다.

일단 상기의 결합되어 상쇄되는 것들은 얻으면 그 다음 단계는 상기 상쇄 포인트들에서 간섭패턴의 값을 결정한다. 일반적 용어로써 이것은 보간법 문제이며 그 목표는 포인트집합 θi(초기 데이터 포인트들의 위치)에서 이미 알려진 값 Yi(바꿔 설명하면 제14도에 있는 "A"메트릭스를 운영하므로써 얻어진 재 형성된 데이터)으로부터 포인트 집합 θi`(상쇄 포인트들)에서 값들 Yi`을 결정하는 것이다. 여기서 i = 1,2,....., M이며 M은 데이터 포인트들의 개수(예를들면 256)이다.

종래의 다양한 보간법 기술이 상쇄포인트 값, 예를들면 선형 보간법, Sin(X)/X 보간법 등, 을 결정하는데 이용된다.

그러나 본 발명에 따르면 최소 기준 보간법 기술이 특히 상쇄 포인트에서 간섭 패턴의 증폭치를 결정하는데 아주 적당하다는 것이 확인되었다. 왜냐하면 예를들어서 예측되는 직경의 모든 범위에 걸쳐 직경을 결정할 때 선형 보간법이나 Sin(X)/X 보간법보다 상기 최소 기준 보간법 기술이 충분히 적은 편의를 발생하기 때문이다. 상기 최소 기준 보간법 기술에 대한 일반적인 논문은 아래의 참고서적에서 찾을 수 있으며 본 명세서에 인용된 것은 그 중 일부이다. : "Optimal Approximation and Error Bouncls" M. Golomb and H.F.Weinberger 저, "On Numerical Approximation R.E. Langer ed., The Unirersity of Wisconsin Press, Madison, PP.117-190, 1959: C.A.Michelli and T.J. Rivin, "A Survey of Optimal Recovery", Optimal Estimation in Approximation Theory, C.A.Michelli, T.J. Rivlin, ecls., Plemun Press, 1977. PP. 1-53; T.W.Parks and R.G.Shenoy, "An Optimal Recovery Approach to Interpolation", Proc. Princeton Conf. on Information Sciences and Systems, Princeton University, Drinceton, N.J.March 1988; G.Oetken, T.W. Parks, and H.W.Schassler, "New Results in toe Design of Digital Interpolators", IEEE Trans. ASSP, Vol.ASSP-23, No3, pp.301-309, June 1975; T.W.Parks and D.P.Kolba, "Interpolation Mininixing Maximum Nomnal ixed Error for Bantimite Signals", IEEE Trans ASSP, Vol.ASSP-26, No4, pp.381-384, August 1978.

상기 최소 기준 기술을 보완하기 위하여, 메트릭스의 역을 구하는 단계가 제14도에 있는 "B"메트릭스의 원소를 찾기 위해 수행되어야 한다. 특히 상기 B메트릭스의 로우는 아래 메트릭스 방정식에 의해 얻어지는 벡터를 포함한다.

/=b = g^-1. e (19)

여기서 g는 M×M 매트릭스이며, 각각 원소는 아래식에 의해 주어진다.

gij = sinC (2ω/K(θi-θj)) (20)

θ는 아래식에의해 주어지는 M요소들을 가지는 벡터이다.

ei = Sinc(2ω/K(θ`i-Kθi)) (21)

그리고 θi는 초기 데이터 포인트들의 위치이며, θi는 상쇄 데이터 포인트들의 위치이고, 상수 K는 요구되는 보간법의 적합도에 입각해 선택되며, 상수 ω는 보간된 피폭(bandwidth), M은 데이터 포인트들의 수(예를들면 256)이다.

실제에서 ω=0.5와 K=1,000이 제14도의 A메트릭스에 의해 유도되는 재형성된 데이터의 검파에서 성공적으로 작용하는 것을 확인하였다. 또한 메트릭스 g가 나쁜 상태로 바뀌며 이에 따라 표준 기술을 이용하도록 역을 구하는 것이 어려우나 그 메트릭스 또한 Hermitian Toeplitz이다. 바꿔 설명하면, 어떤 대각적인 원소들은 동일하여 원대각메트릭스에 대하여 대칭적이다.

이런 형태의 메트릭스 역을 구하는 기법은, 비록 나쁜 상태일지라도, 유용하게 이용된다. 특히 "Digital Spectral Analysis with Applications로 명칭된 S.L.Marple, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1987, 페이지 107에 설명되 있으며 이것은 실제에서 성공적으로 작용한다. 여기에서 인용한 것은 상기 기술에서 관련된 부분을 인용한 것이다.

C. 윈도우 보정

윈도우 보정에 대한 요구는 제20도에 도시되어있다. 이 형태에 대한 첫 번째 구획은 주파수 fo의 유한 사인파에 대한 퓨어리어 변형을 나타내고, 두 번째 구획은 직각 윈도우에 대한 퓨어리어 변형을 나타내며, 세 번째 구획은 직각 윈도우에 의해 절단(윈도우잉)후에 첫 번째 구획의 사인파에 대한 퓨어리어 변형을 나타낸 것이다.

이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 윈도우잉은 ±fo에서 스펙트럼 라인을 넓어지게 만든다. 상기와 같은 그런 넓힘작용은 스펙트럼 라인의 위치(주파수)를 결정할 때 RMS에러를 증가시킨다. 여기서 넓어지는 양은 윈도우의 크기에 역으로 작용한다. 바꿔 설명하면 보다 큰 윈도우는 보다 적은 넓힘 작용을 일으킨다.

왜냐하면 윈도우된 사인파의 변형에 대한 메인 로브(main lobes)의 꼬리부가 상호 작용하에 부연하면 서로 섞여 확장되기 때문이며 또한 윈도우 작용이 주파수 축을 따라 상기 로브의 위치를 정할 때 편의나 변형을 발생시키기 때문이다.

제21도는 주파수 스펙트럼상에서 윈도우의 효과를 조절하기 위한 절차를 나타낸 것이다. 특히 이 도면에 나타나 있는 바와 같이 사가면을 가진 윈도우보다는 차라리 테이퍼진 윈도우가 유용하다. 테이퍼진 윈도우는 윈도우된 사인파 변형에 대한 메인 로브로부터 확장된 꼬리부를 잘라내는 효과가 있으며 이에 따라 상기 로브의 위치에서 편의가 일어나는 것을 최소화 한다. 그렇지만 상기 테이퍼진 윈도우는 로브의 넓어지는 작용을 증가시키는 효과적인 폭을 감소시키기도 하여 이에 따라 로브의 위치를 결정할 때 RMS에러를 증가시킨다. 이와 같이 상기 윈도우 RMS에러를 조절하는 것과 편의를 조절하는 것 사이의 어떤 교환 관계가 있다. 실제에서 그것은 제13도와 제14도에 나타나 있는 바람직한 절차를 이용한 파이버 직경 측정 및 약 20° 각도 범위를 가지는 탐지기에 대하여 코사인 함수를 이용한 256 다운샘플된 데이터 포인트들중 처음과 마지막 32데이타 포인트들의 약간 부드럽게 테이퍼진 형태가 RMS 에러문제와 편의 문제사이의 훌륭한 해결책이 된다는 것을 확인하였다. 특히, 아래식에 따르는 원소를 가지는 C메트릭스는 간섭 데이터가 측정되는 것 이상으로 무한 윈도우의 효과를 최소화 할 때 성공적으로 작용하는 것으로 확인되었다.

Cii = 0.5 (1-cos (πi/32)) i=1,...., 32 (22)

M-32,......, M

Cii = 1.0 i=33,.....,M-33 (23)

Cii = 0.0 i=j (24)

이때 만약 원한다면, 종래 공지된 다른 윈도우 절차뿐만 아니라 보다 많은 데이터 혹은 보다 적은 데이터를 이용하는 코사인 윈도우가 이용될 수 있다. 본 발명의 다른 측면으로써, 그런 대안이 되는 윈도우 절차를 이용하기 위한 특수한 파라메터들이 선택되는 직경범위를 갖는 파이버에 대하여 모의 실험된 간섭 데이터를 이용하여 결정할 수 있다.

D. 좋은 그리드 DSFTs (Fine Grid DSFTs)

제14도의 D메트릭스의 원소들은 FFT단계 54에 의해 결정되는 O.D. 라인의 하등한 값을 둘러싸고 있는 선택적인 파인라인 공간 주파수를 추정하는 지수적인 식 4를 포함한다.

상기 파인라인 공간 주파수 사이의 간격은 O.D.라인의 실제적 위치로 정확히 추정하는 것을 제공하는 포물선 적합단계 64에 대하여 충분히 작아야 한다. 또한 실제적 O.D. 라인이 하등한 O.D.라인의 다른 측면에서 FFT라인에 의해 정의되는 범위내 어느 곳에도 있을 수 있기 때문에 파인 라인 공간 주파수의 충분한 수가 그 범위를 포함하도록 선택되어야 한다.

O.D. 피크의 형상은 윈도우를 포함하는 다양한 구성인자와 왓킨스 모델에 의해 예측되는 고유 주파수 변조와 렌즈에 의해 발생되는 만곡에 따라 좌우된다. 따라서 일반적으로 상기 피크는 쌍곡선 형태를 갖지 않는다.

그렇지만, 쌍곡선은 상기 피크의 최대값 바로 근처에서 피크 형상이 되는 아주 적합한 접근 방법이다.

따라서, 상기 파인 라인 공간 주파수 사이의 간격을 잘 제공하는 쌍곡선 적합 단계 64월작용은 충분히 작다. 부연하면 상기 라인이 제공된 쌍곡선 적합단계 64의 작용은 피크의 최대값의 위치 주위에 아주 밀접하게 쌍곡선 적합시키는데 이용된다.

상기 라인들 사이의 간격이 증가할 때, 상기 쌍곡선에 대한 가정은 점차 진실성이 감소한다. 실제에서 상기 쌍곡선 가정에 이상이 생긴다는 것은 파인 그리드 간격이 증가하는 만큼 크기가 증가하고 또 파이버 직경에 주기성이 있는 직경추정치내에 어떤 에러가 포함되어 있다는 것을 자신이 직겁 증명하는 것이다. 즉, 실제에서 0.05싸이클/각도의 FFT라인 간격에 대하여 하등한 O.D. 라인상에 0.01싸이클/각도의 파인 라인 간격과 총 11파인라인이 성공적으로 작용하는 것이 확인되었다. 물론 원한다면 라인에 대한 다른 간격과 다른 수효가 이용될 수 있다. 전술한 절차에 따라서, 상기 라지메트릭스는 측정되는 파이버 직경범위를 포함하기에 충분한 하등 O.D.라인 범위에 대한 스몰 메트릭스끼리 서로 적당히 곱하므로써 형성된다. 상기에 설명한 것처럼, 상기 라지 메트릭스는 적당한 저장 매체속에 저장되어 있다가 FFT 단계 54에 의해 결정되는 O.D. 라인에 대한 적당한 스몰 메트릭스를 제공하는 온-라인 처리 단계시 입.출력된다. 실제에서 본 발명에 의한 상기 절차는 매우 높은 정확도를 구비한 파이버 직경 측정을 제공하는 것으로 확인되었다. 제22도는 다양한 가우시안 노이즈(Gaussian noise)양들이 신호 대 노이즈비를 다양하게 변화되도록 추가된 것에 간섭 패턴을 이용한 절차를 테스트한 결과를 나타낸 것이다. 상기 간섭 패턴은 직경 123, 125, 127 마이크론을 갖는 파이버에 대해 대표적 파라메터를 사용할 때 산출된다. 제22도에 있는 데이터 포인트들은 각 측정에 대한 데이타에 추가되는 서로 상이한 무작위적 노이즈가 내재된 모의 실험 데이터상에서 반복적으로 측정하므로써 얻는다. 직선 라인은 표준 편차에 대한 이론적 하한 한계(Cramer-Rao bound)를 표시한다.

본 도면에 예시된 것 처럼, 본 발명은 필수적으로 상기 Cramer-Rao bound를 성취하며 이것은 일정 영역의 간섭 패턴을 분석하는데 있어서 본 방법보다 더 정확한 다른 불편된 방법은 없다는 것을 의미한다. 모형 데이타에 의한 테스트와 더불어, 본 발명은 고정 광 파이버와 이동 광파이버 모두에 대하여 테스트하였다. 다시 말해서 이 경우에도 아주 높은 정확도가 관측되었으며, 특히 고정 파이버에 대하여 반복된 측정이 소수 셋째자리까지도 변화가 없었다. 부연하면 상기 측정의 표준 편차가 0.001 마이크론 이하였다.

이것은 본 발명이 비록 측정하는데 제한된 각도 범위가 예를들면 약 20°각도 범위를 가지는 탐지기가 이용된다 하더라도 매우 높은 수준의 정밀도를 얻는다는 것을 알리는 중요한 일면이다. 이 결과는 수 많은 잇점을 이끌어 준다. 첫째 탐지기 각도 범위가 중첩되지 않고 120°각도로써 서로 이격된 두 탐지기를 고려하여 앞서 설명한 타원성-둔감 기술을 수행하는데 용이함을 제공한다.

마찬가지로, 상기 결과는 50°이상의 간섭 패턴 범위를 탐지할 수 있는 탐지기를 고려하게 하며 여기서 파이버의 코어에 대한 효과는 작다. 게다가 단지 탐지기상에 작은 각도 범위로 투사되기를 요구한다면 80°의 커다란 범위인 종래 기술보다는 보다 간단한 광학 시스탬의 이용을 고려하게 한다.

[결함 탐지]

본 발명의 결함탐지 측면은 파이버 직경측정 기술에 의해 발생되는 FFT 스펙트럼을 이용하는 것이다. 특히 전술한 바로써 결함은 O.D. 라인의 공간 주파수보다 더 작은 공간 주파수에서, 그러나, D.C구성인자보다 큰, 두번째 구성인자를 만든다. 상기 두 번째 구성인자의 형태는 결함이 없는 파이버(제23)의 스펙트럼과 센터에 마이크론 홀(제25(b)도)이 있는 파이버의 스펙트럼을 비교하므로써 나타낼 수 있다.

상기 비교에서 나타나듯이, 상기 결함은 O.D.. 피크의 약 절반정도의 주파수에서, 부연하면 제23도와 제25(b)도의 도표를 형서하는데 이용된 파라메터에 대한 약 1.55싸이클/각도의 주파수에서 스펙트럼에 나타나는 두 번째 피크를 발생시킨다. 상기 도표를 만들기 위하여 이용된 본 기술은 아래에 상세히 설명한다.

간단히 요약해서 상기 일정 영역 패턴에 대한 해결책은 스칼라 파동 방정식을 풀어서 얻었다.(이때 무결함 파이버는 예를 들면, 반사광에 기인하는 O.D..피크보다 적은 어떤 주파수에서 작은 파워잉을 갖는다는 것에 주의하여야 한다. 그렇지만, 본 발명의 두 번째 구성인자를 형성하는 상기 반사광이 보다 큰 파워를 함축성 있게 포함하고 있다. 그러므로 본 발명의 두 번째 구성인자는 그들의 배경에서, 즉 낮은 파워피크들로부터 용이하게 식별된다.)

상기 홀의 크기가 성장할 때 그 두 번째 구성인자의 형태가 제26(b)도에 나타나 있다. 즉... 제26(b)도는 5마이크론홀... 제27(b)도는 20마이크론홀... 제28(b)도는 40 마이크론 홀이 도면에 나타나 있는 것처럼, 홀의 크기가 증가할 때 상기 두 번째 구성인자의 증폭도 증가하며, 그 구성인자가 두 서브 구성인자로 갈라져 초기 위치로부터 같은 방향과 다른 방향으로 각각 움직인다.

상기 형태에 관한 시점이 홀이 있을 때 분산되는 추적 광선 표시로써 이해될 수 있다. 제31도에 상기 광선의 세가지 형태가 개략적으로 도시되 있으며 이것이 홀을 포함하는 파이버에 대해 간섭현상을 일으키는 것이다. 부연하면 주반사광("RE"광선)은 단지 파이버의 바깥표면에서 반사되고, 주반사광("RA"광선)은 파이버에 들어왔다가 나가면서 굴절되고, 홀 반사광("HO"광선)은 홀에서 (굴절지수는 1.0) 반사되면서 굴절된다.

상기 HO 광선(홀반사광)은 상기 RE광선(주반사광)과 상기 RA관성(주반사광)모두와 간섭한다. 일반적인 용어로써 일정 영역의 간섭 패턴에 관한 주파수는 그 주변 영역내에서 분산되는 광들사이의 공간성에 역으로 관계되어 있다. 따라서 일정 영역 패턴의 가장 큰 주파수 구성인자는 상기 RE광선과 RA광선 사이의 간섭이 원인이며 스펙트럼의 O.D. 구성인자를 구성한다.

작은 홀에 대해서, 상기 RE/HO와 상기 RA/HO 간격은 필수적으로 동일하며 RE/RA간격의 거의 절반이 O.D.. 피크를 만든다. 상기 간격의 동일성이 일정 영역 패턴의 주파수 스펙트럼에서 두 개의 겹쳐진 피크로 나타난다.

(따라서 제25(b)도에 도시되어 있는 작은 홀에 대하여 두 번째 구성인자가 단일 형태로 측정된다.)

이들 간격들이 상기 RE/RA 간격의 1/2 이라는 사실이 일정 영역에서 두 개의 보다 낮은 주파수에 관한 요소를 설명하는 것이다. 홀이 성장하면서 그 표면이 파이버의 센터라인으로부터 이동할 때 상기 HO/RE간섭현상은 보다 낮은 주파수를 향하여 이동하는 한편 상기 HO/RA 간섭 현상을 보다 높은 주파수를 향하여 이동한다. 따라서, 갈라진 피크가 공간 주파수 스펙트럼에 나타나는 것이다(제26(b)도, 제27(b)도, 제28(b)도 참조).

이것은 다른 광선이 파이버를 통과하고 주파수 영역에서 다른 보다 작은 피크를 만드는 간섭을 한다는 것에 주목시키는 것이다. 그렇지만 상기 HO, RE 및 RA 광선이 파워의 대부분을 운반하고 이에 따라서, 상기 주파수 스펙트럼 채우는 것이다. 이것은 O.D. 피크의 주파수가 제25(b)도에서 제28도에 이르는 각각에서 실질적으로 일정하게 유지시킨다는 것을 알리는 중요한 사항이다. 전술한 것처럼 상기 O.D. 피크의 위치는 파이버의 직경을 결정하는데 이용되며 그에 따라 파이버의 직경을 제어하는 것이다. 따라서 상기 O.D.. 피크의 주파수에 관한 불변성이 중요한 것이다. 왜냐하면 이것은 파이버 직경 측정 및 제어는 종래 기술과 같은 홀 탐지장치와 연결된 것이 아니며 비록 홀이 있더라도 정확하게 직경 측정과 제어를 유지하는 것을 의미하기 때문이다.

충분히 큰 홀은 상기 O.D.. 피크를 해롭게 한다.

125마이크론 파이버내에 존재하는 어떤 80 마이크론 홀에 대하여 제24도에 이 효과가 도시되있다.

본 도면에 나타나는 바와 같이, O.D. 구성인자의 크기가 축소되고 있으며 두 번째 구성인자의 가장 높은 주파수 서브 구성인자는 O.D.. 피크에 직접적으로 인접해 있다. 상기 O.D.. 피크에 있어서, 중요한 변화가 근사적으로 파이버 직경의 6/10과 같은 홀크기에서, 예를들면 125마이크론 파이버에 대하여 약 75마이크론에서 출발하는 경향을 보이고 있다. 따라서 홀이 정상적으로 큰 상태로 출발하는 것 뿐만 아니라 작은 쪽으로 출발하고 나서 다시 큰쪽으로 출발하기 때문에, 그것은 상기 O.D. 피크에서 중요한 변화가 일어나기 전에 파이버 직경 제어 시스템에 대한 홀을 탐지하면서 적당히 조절할 수 있는 기회가 많은 것이다. 이때 O.D. 피크가 영향받지 않는 홀 사이즈의 상한 값은 만약 탐지기가 큰 각도로 이동되면 약간 증가할 수 있다는 것에 주의해야 한다. 이것은 상기 디텍더와 큰 각도에서도 홀에 부딛히지 않고 주 굴절광선이 파이버의 안쪽으로 그리고 바깥쪽으로 통과가 가능하기 때문이다. 그렇지만 근사적으로 0.67보다 큰 홀이 있는 파이버에 대해서는 일정영역에서 얼마나 큰 각도를 탐지하던지 간에 굴절되는 광선이 홀을 부딛히지 않고 파이버를 통과할 수 없다.

제29도는 홀을 탐지하기 위한 두 번째 기술을 도시한 것이다. 본 도면에서 나타내는 바와 같이 프린지 패턴의 총 파워는 필수적으로 125마이크론 파이버에 대해 약 70마이크론 이하의 직경을 갖는 홀 사이즈를 선형적으로 증가시킨다.

본 도면에 도시되어 있는 토탈 스페이셜 파워(Tatal spatial power)는 50°에서 70°에 이르는 파워의 합계이다.

부연하면 이것은 제11(a)도, 제11(b)도, 제25(a)도에서 제28(a)도에 이르는 프린지 곡선들에 관한 적분이다. 이때 상기 토탈 스페이셜 파워 패스트 퓨어리어 시스템에서 얻어지는 계수들의 크기를 합해서도 구할 수 있다는 것 주의하여야 한다.

전술한 것처럼, 측정된 토탈 파워에 대한 조명 시스탬 내의 불안정에 기인한 효과는 상기 O.D. 피크 파워를 감시하므로써 그 파라메터상의 홀에 미치는 효과로부터 구별 할 수 있다. 125마이크론 파이버에 대해 약 70마이크론 이상의 범위를 가진 홀에 대한 피크 사이즈의 불변성이 제30도에 도시되어 있다. 본 도면에 도시된 값들은 제23도, 제24도, 제25(b)도에서 제28(b)도에 나타나 있는 O.D. 라인에 대한 피크값이다. 상기 조명 시스템내의 불안정이 토탈 파워와 O.D. 피크파워 모두에 영향을 미치기 때문에 홀의 존재 여부가 토탈 파워내 변화에 대해 관찰하므로써 신속하게 결정될 수 있으며 그것은 O.D. 피크내의 변화를 수반하지 않는다. 보다 일반적으로 설명하면 상기 토팔 파워는 상기 O.D. 피크 파워에 의해 정상화되며, 홀은 상기 정상화된 토탈 파워내 변화를 관찰하므로써 확인하는 것이다.

(이때, 빛이 상기 O.D. 피크를 변화시키지 않고도 토탈파워를 변화시킬수 있기 때문에 탐지기에 부딛혀 그 주변을 둘러싸는 빛을 최소화할 필요가 있다는 것에 주의하여야 한다.)

상기 프린지 패턴의 주파수 스펙트럼의 두 번째 구성인자를 확인하므로써 프린지 패턴의 토탈파워를 감시하는 본 기술을 파이버 직경이 약 60%이하의 직경이 되는 홀에 아주 잘 적용된다. 홀이 정상적으로 작은 상태에서 출발해 큰 상태로 성장하면 본 기술의 운영범위가 일반적으로 매우 커서 광파이버에서 일어나는 모든 홀들을 필수적으로 확인하기에 충분하다. 이것은 필수적으로 상기 토탈파워와 상기 두 번째 구성인자 기술이 동시에 이용될 때이며, 그것이 바람직하다. 제23도, 제24도, 제25(b)도에서 제28(b)도의 도면에 나타나있는 공간 주파수 스펙트럼은 센터에 홀이 있는 경우이다. 그러나 동일하지는 않지만 마찬가지로 센터외부에 홀이 존재하므로써 공간 주파수 스펙트럼이 만들어질 수도 있다. 특히 센터 외부에 홀이 있는 경우에 있어서, 상기 홀이 성장 할 때는 그 형태와 두 번째 구성인자의 위치가 보는 각도의 차이에 따라 달라진다.

이 사실은 센터에 존재하는 홀과 센터외부에 존재하는 홀을 구별하는데 이용할 수 있다. 특히 상기와 같은 구별은 둘 또는 그 이상의 위치에서 간섭패턴을 탐지하여 각 위치에 대한 공간 주파수 스펙트럼을 산출한 후 그 복합위치에 대한 두 번째 구성인자를 비교하므로써 만들어진다. 만약 상기 비교가 상기 두 번째 구성인자는 동일하고 동일한 방법으로 시간에 따라 변화한다는 것을 나타내면 그 홀은 센터에 있는 것이며, 만약 두 번째 구성인자가 관찰하는 위치에 따라 다르게 나타나면 그 홀은 센터외부에 있는 것이다.

제2도는 두시야를, 부연하면 +61.5°와 -61.5°를 얻기 위한 두 가능한 위치를 나타내고 있다. 여기서 상기 두 위치에 대한 스펙트럼의 비교가 일반적으로 홀이 센터에 있는 또는 센터외부에 있는지를 밝혀준다. 센터에 있는 홀은 동일한 형태와 크기를 가진 두 번째 구성인자를 만든다. 이에 반해서 센터외부에 있는 홀에 대한 두 번째 구성인자는 다른 형태를 가진다. 그렇지만 상기예에 있어서 대칭형을 구성하는 탐지기의 판에 놓이는 센터외부의 홀에 대한 두 방위를 나타내는 위치 상태가 있어 이에 따라 센터외부의 홀에 대한 두 번째 구성인자가 센터에 홀이 존재하는 것처럼 부정확하게 해석될 수 있을 것이다.

상기에서 설명되어 있듯이, 파이버의 타원성은 제2도에 도시되 있는 것과 같은 레이저/탐지기의 조합으로된 복합 장치를 이용하므로써 그 특성을 나타낼 수 있다.

상기 장치는 서로 상쇄되는 중심축으로 각각의 상부에 겹쳐지게 형성되어 있다. 예를들면, 상기 두 장치는 45° 변형된 중심축으로 구성하여 이용될 수 있다. 상기와 같은 형태에 있어서 상기 대칭형 판에서 발생하는 모호성은 보조장치에 있는 하나 또는 그 이상의 탐지기에 대한 스펙트럼을 간단하게 산출하므로써 신속하게 제거할 수 있다. 셋 또는 그 이상의 공간 주파수 스펙트럼으로 나타나는 결과에 관한 비교는 홀이 센터에 또는 센터외부에 존재한다면 명확하게 나타난다. 또한 제2도의 레이저/탐지기의 조합으로된 복합 장치는 단일 광원으로는 홀이 탐지되지 않는 파이버의 "맹점"이 존재하는 것을 제거하거나 축소시키는 장점이 있다.

상기 맹점이 발생하는 것에 관해 제32도에 예시되어 있다. 본 도면에 나타나 있는 것처럼, 투사광(15)이 파이버(13)의 표면(17)에서 굴절되기 때문에 단일 방향에서 파이버에 부딛히는 빛이 지역(50)(52)에 미치지 못한다. 제32도를 산출하는데 이용한 굴절지수 1.457에 대하여, 상기 맹점으로 인한 지역을 결합한 것은 파이버의 총 전단면 지역의 약 16%이며, 화이버의 센터에서 측정될 때 각 지역의 각도범위는 약 80°이다. 부연하면 상기 두 지역의 주변을 결합한 것이 상기 파이버의 총면적이 약 44%이다. 즉 빛이 지역(50)(52)에 도달하지 못하기 때문에 그 지역에 위치한 홀에서 반사가 일어나지 않고, 따라서 토탈파워내의 변화나 주파수 스펙트럼내 두 번째 구성인자를 발생시키지 못한다. 제2도의 레이저/탐지기의 조합함으로된 복합 장치의 경우와 같은 복합 광원을 사용하는 것은 상기에서 다른 광원들에 대한 맹점들이 다른 위치를 형성하기 때문에 이 문제해결을 목표한 것이다. 따라서 상기 광원의 수효와 그 위치를 적당히 선택하더라도 파이버에 대하여 필수적으로 모든 지역 또는 원할 때는 파이버의 모든 지역이 적어도 하나의 광원으로부터 빛을 받을 수 있게 고안한 것이다.

제11도와 제23도에서 제30도의 도표는 125마이크론의 코어 없는 파이버에 대하여 프린지 패턴을 산출한 것에 기초한 것이다.

상기 산출치들에 대하여 사용한 파라메타들은 θa = 50°, θb = 70°, λ = 0.633 마이크론, n = 1.457이였다.

여기서 공간 주파수 스펙트럼은 상기에서 인용했던 Cooley, Lewis and Welch기술을 사용하여 상기 산출된 프린지 데이터에 패스트 퓨어리어 변환(FFT)를 수행하므로써 얻었다. 만약 원한다면, 상기 패스트 퓨어리어 변환과는 다른 기술이 공간 주파수 스펙트럼을 발생시키는데 사용될 수 있다. 예를들어 만약 원한다면, 이산 연속 퓨어리어 변환이 수행 될 수 있다. 그렇지만 첫 번째와 두 번째 구성인자의 주파수가 파이버의 결함을 탐지하기 위한 고도의 정확도를 구비하지 못하면 결정될 수 없고 또 그 시스템 자체의 고도한 스피드성이 구비되어야 하기 때문에 상기 FFT 절차가 바람직하다. 전술한 본 발명의 처리과정에 있어서, 바람직하게는 적당한 프로그램이 다양한 수치적 제단계를 수행하도록 형성된 디지털 컴퓨터 시스템에서 실행한다. 상기 프로그램은 종래 공지된 다양한 프로그램 언어 시스탬내에서 수행이 가능하다. 바람직한 프로그램 언어는 특히 과학용 수치계산과정을 수행하는데 아주 적당한 C언어가 유용하다. 그러나 다른 언어, 즉 포트란, 베이직, 파스칼 C++등의 언어도 이용할 수 있다.

상기 컴퓨터 시스템은 Digital Equipment co., IBM, Hewlett-Packard나 그외 생산업체에 의해 제조되어 현재 사용되고 있는 컴퓨터 및 그 주변장치들과 같은 범용 과학 컴퓨터 및 주변장치를 포함할 수 있으며 선택적일때는 본 발명을 실행하는데 있어 전용시스템이 더 유용하게 사용될 수 있다. 특히 복합 디지털 신호처리칩(multiple Digital signal processing chips)을 사용하는 전용 시스템이 제13도의 온-라인 처리단계를 수행하는데 바람직하다.

바람직한 것이 상기 컴퓨터 시스템의 처리부가 아래의 특성을 가져야 한다. 즉 초당 5천만 유동소수점 계산이 가능한 처리율, 다시말해서 32비트 유동소수점의 단어 길이와 적어도 4메가비트 메모리, 상기 라지 메트릭스를 지탱할 수 있는 40메가비트 디스크 용량을 포함할 수 있는 특성을 가진 컴퓨터 시스템이 바람직하다. 상기 시스템은 운영자나 그 유지 요원등에 의해 포토탐지기 장치로부터 데이타를 입력시키고 결점 관측을 위한 가지적 형태와 처리과정제어에 이용하기 위한 전기 형태로 측정된 직경을 출력 수단을 포함해야 한다. 또한 상기 출력지는 더욱 분석 및 연속적인 디스플레이가 이루어지도록 디스크 드라이브; 테이프 드라이브 등에 저장될 수 있다. 지금까지 비록 상기 본 발명에 관한 명백한 실시예가 설명되고, 예시되었다 하더라도 본 발명의 정신과 그 범위로부터 출발하지 않고도 어떤 무사한 변형물이 만들어 질 수 있다는 것을 고려하여야 한다. 예를들면 비록 본 발명과 같은 최적의 장점은 성취할 수 없지만 그 발명은 제13도와 제14도에서 나타나 있는 온-라인과 오프-라인 처리단계의 부속장치를 이용하므로써 실행될 수 있다.

마찬가지로, 상기 도면에 나타나 있는 처리 제단계에 관한 명백한 순서도 다양하게 변할 수 있다. 예를들면 상기 코사인 윈도우가 주파수 검파단계 이전에 사용될 수 있다.

보다 일반적으로, 일반 기술뿐만아니라 소수의 라인을 가지는 파인 그리드상에 DSFTs를 결정하는 본 바람직한 기술이 일정영역의 간섭 패턴에 관한 평균 공간 주파수의 정확한 추정을 얻기 위해 사용될 수 있다.

예를들면 패드된 FFT는 제로영역의 많은 수가 어떤 보다 큰 탐지기를 모의 실험하기 위한 실질 데이터 포인트들의 다른 쪽에 더해지는데 사용될 수 있으며, 이에 따라서, FFT 라인들 사이의 간격을 축소한다. 또한, 줌FFT(ZOOM FFT)과 주파수를 변형할 수 있는 퓨어리어 변형체가, 예를들면 The Digital Design Hanbook by Fred J, Taylor, Marcel Dekker, Inc., New York, 1983, 페이지 58-64에 설명되어 있는 것과 같은, 사용될 수도 있다. 즉 어떤 기술이 이용된다 하더라도, 그것은 라인들에 대한 퓨어리어 변형 계수를 발생시켜야 하며 상기 라인은 서로 충분히 밀접한 공간을 이루고 있어 O.D. 피크의 위치가 적어도 5×10_-4싸이클/각도의 정확도로 추정될 수 있고 그 파이버의 직경이 적어도 0.02 마이크론의 정확도로 결정될 수 있다.

상기 파인 그리드 DSFT 접근법은 본 명세서에서 설명한 것 처럼 수칭적으로 효과적인 형태의 결과를 얻는다. 또한 전술했던 대안으로 선택할 수 있는 여러 유형의 기술이 수치적으로 계산하는데 보다 많은 노력이 소모되나 그 이상 고도의 정확도를 얻을 수 있다.

[표 1]

Claims (9)

1. (a) 간섭 패턴을 형성시키기 위해 파이버에 광선을 직사하는 단계; (b) 상기 간섭 패턴을 탐지하며, 상기 탐지된 간섭 패턴은 데이터 포인트 세트에서 진폭값을 포함하는 단계; 및 (c) (i) 각각의 선택된 공간 주파수에 대한 퓨리어 계수를 산출하기 위해 선택된 공간 주파수 세트에서 이산 연속 퓨리어 변환을 수행함으로써 공간 주파수 영역에 대한 진폭값을 변형시키는 단계; 및 (ii) 상기 퓨리어 계수로부터 평균 공간 주파수에 대한 값을 결정하며, 상기 평균 공간 주파수에 대한 값으로 파이버 직경을 측정하는 단계를 수행하여 평균 공간 주파수에 대한 값으로부터 파생되는 파이버 직경이 적어도 0.02 마이크론의 정밀도를 갖도록 탐지된 간섭 패턴의 평균 공간 주파수에 대한 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기의 (i)단계 이전에, 하기의 단계; 패스트 퓨리어 변환이 패스트 퓨리어 변환 계수 세트를 형성하도록 상기 간섭 패턴 상에서 수행되고, 상기 패스트 퓨리어 변화 계수의 선택된 일부분이 제형성 진폭값을 형성시키도록 사용되며, 상기 재형성 진폭값이 상기 평균 공간 주파수에 대한 값을 결정하도록 사용되는 단계; 및/ 또는 주파수 검파가 검파된 진폭값을 형성하도록 진폭값 상에서 수행되고, 상기 검파된 진폭값이 상기 평균 공간 주파수에 대한 값을 결정하도록 사용되는 단계; 및/또는 윈도우잉이 상기 진폭값 상에서 수행되고, 상기 윈도우잉은 코사인 윈도우로 수행되는 단계의 하나 또는 그 이상의 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 주파수 검파가 상기 데이터 포인트 위치의 미리 결정된 상쇄(offsets)를 적용하고, 상기 미리 결정된 상쇄는 상기 간섭 패턴의 고유 주파수 변조로부터 결정되는 형태 및/또는 상기 간섭 패턴을 탐지하도록 사용된 렌즈 시스템의 왜곡을 포함하고, 상기 검파된 진폭값이 보간법에 의해 상기 데이터 포인트들에서 상쇄 위치가 결정되며, 상기 보간법이 최소 기준 보간법인 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 (c)단계는 미리 계산된 매트릭스에 의해 진폭값을 배가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.
5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 평균 공간 주파수에 대한 값이 상기 단계 (i)에서 형성된 상기 퓨리어 계수들 중 일부분의 크기에 포물선을 적용하거나 또는 가장 큰 크기를 갖는 퓨리어 계수를 선택함으로써 상기 단계 (ii)에서 결정되는 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.
6. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 하나 이상의 광선이 하나 이상의 간섭패턴을 형성하도록 상기 파이버에 직사되고, 여기서 상기 방법이 하기 단계; (A) 공간적으로 분산되는 위치의 수, M에서 상기 하나 또는 그 이상의 간섭 패턴을 탐지하는 단계, 여기서 M은 2 또는 그 이상이다. (B) 상기 각각의 M 위치에 대한 파이버의 직경의 대표적 신호를 발생시키는 단계; 및 (C) 하기 단계 중 하나 또는 양 단계; 상기 공간적으로 분산되는 위치 M이 상기 M위치에 대한 결정된 타원 파이버에 대한 직경 도표 대 회전 각도가 또 다른 위치로부터 약 180°/M 위상차가 되도록 선택되고, 상기 단계 (B)에서 파이버 직경의 대표적인 신호를 형성된 신호를 평균하는 단계; 및/또는 M이 3 또는 그 이상인 경우, 파이버의 비원형성을 가리키는 지수를 형성하도록 상기 단계 (B)에서 형성된 신호를 비교하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.
7. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 간섭 패턴은 약 120° 및 약 124° 사이의 각도를 포함하여 분리된 두 위치에서 탐지되고; 상기 파이버 직경의 대표적 신호는 상기 각각의 두 위치에 대하여 발생되며; 상기 신호는 파이버 직경의 대표적 세 번째 신호를 형성하도록 평균하되, 상기 두 위치는 상기 세 번째 신호가 실질적으로 파이버의 타원성에 둔감하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.
8. 제1항에 있어서, 만약 전 단계에서 수행되지 않았다면 상기 간섭 패턴에 대한 공간 주파수 스펙트럼을 발생시키는 단계; 기 공간 주파수 스펙트럼의 첫 번째 구성인자가 파이버의 외부직경에 일치를 확인하는 단계; 및 상기 공간 주파수 스펙트럼의 두 번째 구성인자가 상기 첫 번째 구성인자의 공간 주파수 보다 작고 제로보다 큰 공간 주파수를 가지고, 상기 공간 주파수 스펙트럼 내에 상기 두 번째 구성인자의 존재가 피아버 내에 결함의 존재의 표시를 확인하는 단계에 의해 파이버 내의 결함을 탐지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴의 일부에 관한 총 파워를 탐지하는 단계; (Ⅰ) 트레숄드가 미리 결정된 값 이상으로 초과할 때 파이버 내에 결함이 존재하는 것을 가리키는 상기 예비 트레숄드와 총 파워를 비교하는 단계; 및/또는 (Ⅱ) 만약 선행 단계에서 수행되지 않았다면, 상기 간섭 패턴에 대한 공간 주파수 스펙트럼을 발생시키는 단계 중 하나 또는 양 단계를 수행하는 단계; 상기 공간 주파수 스펙트럼의 첫 번째 구성인자가 파이버의 외부 직경에 일치하는 것을 확인하는 단계; 상기 첫 번째 구성인자의 진폭에 대한 값을 결정하는 단계; 상기 첫 번째 구성인자의 진폭에 대해 총 파워를 정상화시키는 단계; 및 상기 트레숄드가 예비값 이상으로 초과할 때 파이버 내에 결합이 존재하는 것을 가리키는 상기 예비 트레숄드와 정상화된 총 파워를 비교하는 단계에 의해 파이버 내의 결합을 탐지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이버 직경의 정밀한 측정을 위한 방법.