(57)【要約】本発明は高い光出力、特に１ｋｗを超える出力を伝送するために製造されかつ入射光放射線（４）が入射する入射末端（７）及び光放射線が光ファイバーから射出される射出末端を有する光ファイバー（１，２）の損傷を検出する方法及び装置に関する。本発明によると光ファイバーの入射部分及び／又は射出部分に関連して実質的に半径方向に放散される放射線を検出し、そしてこの放射線が特定のレベルを超えると、この現象を光ファイバーの入射領域及び／又は射出領域の損傷の指標として利用する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い光出力、特に１ｋｗを超える出力を伝送するために製造されかつ入射光放射線（４）が入射する入射末端（７）及び光放射線が光ファイバーから射出される射出末端を有する光ファイバー（１，２）の損傷を検出する方法において、
光ファイバーの入射部分及び／又は射出部分に関連して実質的に半径方向に放散される放射線を検出し、そしてこの放射線が特定のレベルを超えると、この現象を光ファイバーの入射領域及び／又は射出領域の損傷の指標として利用することを特徴とする方法。
【請求項２】
半径方向に放散される放射線がディヒューザーの表面（９）に当たった後に検出されるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高い光出力、特に１ｋｗを超える出力を伝送するために製造されかつ入射光放射線（４）が入射する入射末端（７）及び光放射線が光ファイバーから射出される射出末端を有する光ファイバー（１，２）の損傷を検出する装置において、
光ファイバーの入射部分（７）及び／又は射出部分に関連して実質的に半径方向に放散される放射線を感知する検出器（８）を備え、そしてこの感知された放射線が特定のレベルを超えると、この現象を光ファイバーの入射領域及び／または射出領域の損傷の指標として利用することを特徴とする装置。
【請求項４】
ディヒューザーの表面（９）が検出器（８）の前に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ディヒューザーの表面（９）が透明であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
ディヒューザーの表面（９）が反射することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
検出器（８）が光ファイバーの入射末端（７）及び／又は射出末端に関連して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項８】
検出器（８）が光ファイバーの入射末端又は射出末端から距離をとって配置され、そして半径方向に放散される放射線が光学素子を通じて検出器（８）に伝送されるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、高い光出力、特に１ｋｗを超える出力を伝送するために製造された光ファイバーであって、入射光ビームが入る入射末端及びその光ビームが光ファイバーから出る射出末端を有する光ファイバーの損傷を検出する方法及び装置に関する。
【０００２】
高い光出力を伝送するのに使用する光ファイバーは工業用途で使用されることが多い。具体的に述べると、これら光ファイバーは高い出力のレーザ放射線によって行われる切断や溶接の操作のみならずこの種の光ファイバーを使用できる高温環境での加熱、検出又は加工の操作などの他の工業用途にも使用される。レーザビームを高い出力のレーザ源から加工物へ伝送する適応性の高い製造システムを、光ファイバーによって設計することができる。光ファイバーは一般に内側のガラスコア及びそれを取り囲む層、すなわちガラスコアより屈折率が低いいわゆるクラッディング、を備えている。クラッディングの機能は光ビームをコアに保持することである。これに関連して使用できるレーザ源は平均出力が数百ワットから数キロワットである。
【０００３】
このような高出力レーザ放射線用の光ファイバーシステムを設計する場合、その光ファイバーはあらゆる点で損傷しないことが大切である。それは、“漏洩”ファイバー又は損傷ファイバーからの放射線が重い個人の損傷を起こすことがあるからである。したがって、特定の監視システムによって光ファイバーの状態をチェックすることはすでに知られている（例えば米国特許第４８１２６４１号及び同第５４９７４４２号並びにドイツ特許第４０３２９６７号、同第３２４６２９０号及び同第３０３１５８９号参照）。
【０００４】
しかし、光ファイバーの損傷を検出することは安全保証のためだけでなく光ファイバーの前記損傷又は欠陥によってシステムの他の部分に二次損傷が起こるのを防ぐためにも重要である。
【０００５】
上記検出システムすべての弱点は損傷の検出が非常に遅いことである。損傷光ファイバーからの放射線が検出されたときにはすでに光システムの二次損傷が起こってしまっていることがある。
【０００６】
本発明の目的は、光システムの二次損傷を避けるため、光ファイバーに起こりうる損傷を早い段階で検出する方法と装置を提供することである。
【０００７】
本発明は、最初に損傷するのは光ファイバーの入射部分又は射出部分であるという知識に基づいている。このことは、放射線に最もよく曝されるのは光ファイバーのこれらの部分であるので正しい。光ファイバーの末端では通常いくらか反射損があるが、この放射線は、そのとき光ファイバーの縦方向と実質的に同軸である。光ファイバーの入射部分又は射出部分に損傷がある場合、光ファイバーのほぼ半径方向に放散される（ｓｐｒｅａｄ）放射線もある。
【０００８】
本発明によれば、この実質的に半径方向の放射線が検出されて、その放射線が特定のレベルになると光ファイバーの入射部分又は射出部分に損傷があることを示す。
【０００９】
具体的に述べると、本発明は、光検出器が光ファイバーの入射末端及び／又は射出末端から実質的に半径方向へ放散される放射線を検出するように配置されていることを
特徴とするものである。
【００１０】
好ましい実施態様によれば、上記放散放射線はディフューザーの表面に当たった後に上記検出器に当たるように配置されている。
【００１１】
以下に添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
図１は放射線が光ファイバーのコアに焦点を合わせて収束されかつその光ファイバーに損傷のない光ファイバーシステムを図式的に示す。
図２は光ファイバーの入射部分が損傷して光ファイバーから実質的に半径方向に放散される放射線を生成する光ファイバーシステムを示す。
図３は本発明による、検出手段を備えた光ファイバーシステムを示す。
【００１２】
図１は、例えば石英ガラス製のコア２及び屈折率が上記ガラスコアより低く例えば適切な屈折率を有するガラス又はある種のポリマー製の周囲クラッディング１を有する従来の光ファイバーの一方の末端７を示す。このクラッディングの機能は、放射線が光ファイバーの射出面（図示せず）から射出されるまで、放射線をコア中に保持して光ファイバーを通じてその縦方向に伝送することである。
【００１３】
とりわけ光ファイバーの機械的強度を改善するため、光ファイバーのクラッディング１の外側に通常、別の層が配置されている。しかしこれらの層は図１には示していない。それはこれらの層が周知であるので本発明の思想を説明するのに必要でないからである。
【００１４】
例えばレーザービーム４の形態の放射線は、１又は２以上のレンズ３又は鏡の形態の光学素子によって、光ファイバーの末端表面７に焦点を合わせて収束される。通常、光学素子のみならず光ファイバーの末端にはいくらか反射損があるが、これは図１に矢印５と６で示してある。この放射線は光ファイバーの縦方向と実質的に同軸である。
【００１５】
光ファイバーの末端表面に焦点を合わせて収束されるレーザビーム４はいずれのタイプのものでもよい。例えば波長が１．０６μｍのＮｄ−ＹＡＧレーザ源を使用する。この波長は光ファイバーで伝送するのに適している。使用できるレーザの他の例は、ダイオードレーザ類、ＣＯ２−レーザ類、ＣＯ−レーザ類及び他のタイプのＹＡＧレーザ類である。
【００１６】
前記のタイプのレーザ放射線は、一般に光出力が高いので、光ファイバーを通じて正しく伝送されないと光学システムを損傷するのみならず個人に傷害を起こすことがある。光ファイバー中の小さな欠陥でさえ決定的になって材料の損傷のみならず個人の重い傷害を起こすことがある。
【００１７】
放射線に最もよく曝される光ファイバーの部分は入射部分７なので、その部分に損傷が見つかることが多い。これらの損傷は、図２に示すように光ファイバーからほぼ半径方向に放散される放射線を生ずる。この放射線を感知する光検出器８を設けることによって光ファイバーの入射部分７の損傷を検出することができる。
【００１８】
検出器８は、この放射線を透明なディフューザー９によって直接又は間接的に感知するように配置することができる（図３参照）。ディフューザーを使用することによって前記放射線の指向性に対するシグナルの感度が小さくなりすなわち前記放散放射線の主方向に対する感度が小さくなる。
【００１９】
前記半径方向の放射線を測定するのに適切な検出器としては光ダイオード類があるが、それは光起電力モードと光導電モードの両方で使用できる。
【００２０】
検出器８は、図２と３に示すように光ファイバーの入射部分に関連して配置することが好ましいが、この末端から特定の距離をおいて配置することもでき、この場合、前記放射線は光学素子を通じて検出器に伝送される。
【００２１】
本明細書に例示した諸実施例では、検出器８が光ファイバーの入射部分７に関連して配置されている。しかし、光ファイバーの射出部分も前記放射線に曝されて損傷するので、検出器を前記射出部分に関連して同様に配置することができると解すべきである。あるいは、射出領域のみならず入射領域に、半径方向の放射線を感知する検出器を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】放射線が光ファイバーのコアに焦点を合わせて収束されかつその光ファイバーに損傷のない光ファイバーシステムを図式的に示す。
【図２】光ファイバーの入射部分が損傷して光ファイバーから実質的に半径方向に放散される放射線を生成する光ファイバーシステムを示す。
【図３】本発明による、検出手段を備えた光ファイバーシステムを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月1日(2003.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い光出力、特に１ｋｗを超える出力を伝送するために製造されかつ入射光放射線（４）が入射する入射末端（７）及び光放射線が光ファイバーから射出される射出末端を有する光ファイバー（１，２）の損傷を検出する方法において、
光ファイバーの入射部分及び／又は射出部分に関連して前記入射光放射線（４）から実質的に半径方向に反射される放射線を検出し、そしてこの放射線が特定のレベルを超えると、この現象を光ファイバーの入射領域及び／又は射出領域の損傷の指標として利用することを特徴とする方法。
【請求項２】
半径方向に反射される放射線がディヒューザーの表面（９）に当たった後に検出されるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高い光出力、特に１ｋｗを超える出力を伝送するために製造されかつ入射光放射線（４）が入射する入射末端（７）及び光放射線が光ファイバーから射出される射出末端を有する光ファイバー（１，２）の損傷を検出する装置において、
光ファイバーの入射部分（７）及び／又は射出部分に関連して前記入射光放射線（４）から実質的に半径方向に反射される放射線を感知する検出器（８）を備え、そしてこの感知された放射線が特定のレベルを超えると、この現象を光ファイバーの入射領域及び／または射出領域の損傷の指標として利用することを特徴とする装置。
【請求項４】
ディヒューザーの表面（９）が検出器（８）の前に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ディヒューザーの表面（９）が透明であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
ディヒューザーの表面（９）が反射することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
検出器（８）が光ファイバーの入射末端（７）及び／又は射出末端に関連して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項８】
検出器（８）が光ファイバーの入射末端又は射出末端から距離をとって配置され、そして半径方向に反射される放射線が光学素子を通じて検出器（８）に伝送されるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【国際調査報告】
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