(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプール上の巻付光ファイバを検査する方法において、
少なくとも第１の照明方向からの照明光によって前記巻付光ファイバを照明する工程、
測定光として前記巻付光ファイバから方向転換された照明光の少なくとも１枚のデジタル画像を少なくとも１つの検出方向から取り込む工程、及び
前記巻付光ファイバの少なくとも１つの欠陥を検出及び特性評価するため、前記少なくとも１枚のデジタル画像を処理する工程、
を有してなる方法であって、
前記第１の照明方向と前記検出方向との成す角度が、前記少なくとも１つの欠陥が気泡または破裂孔である場合は１８０°であり、凹痕である場合は２０°〜６０°であり、擦過傷である場合は８０°〜１５０°又は１８０°であることを特徴とする方法。
【請求項２】
巻付光ファイバを検査する方法において、
測定光を生成するように前記巻付光ファイバを照明する工程、
前記巻付光ファイバを回転させる工程、
前記回転中に前記測定光に基づいて前記巻付光ファイバの複数枚のデジタル画像を取り込む工程、及び
前記巻付光ファイバの少なくとも１つの欠陥を特性評価するため、前記複数枚のデジタル画像を処理する工程、
を有してなる方法であって、
前記巻付光ファイバを照明する方向と前記デジタル画像を取り込む方向との成す角度が、前記少なくとも１つの欠陥が気泡または破裂孔である場合は１８０°であり、凹痕である場合は２０°〜６０°であり、擦過傷である場合は８０°〜１５０°又は１８０°であることを特徴とする方法。
【請求項３】
スプール上の巻付光ファイバを検査するためのシステムにおいて、
第１の照明方向からの光によって前記巻付光ファイバを照明するために配置された第１の光源、
前記巻付光ファイバから、反射、拡散及び散乱の内の少なくとも１つを受けた光の少なくとも１枚のデジタル画像を検出方向から取り込むために配置されたデジタルカメラ、及び
前記巻付光ファイバの少なくとも１つの欠陥を特性評価するために前記少なくとも１枚のデジタル画像を処理するように適合されたコンピュータ、
を備えるシステムであって、
前記第１の照明方向と前記検出方向との成す角度が、前記少なくとも１つの欠陥が気泡または破裂孔である場合は１８０°であり、凹痕である場合は２０°〜６０°であり、擦過傷である場合は８０°〜１５０°又は１８０°であることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１３年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／８７６８６１号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依存し、上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が参照として本明細書に含められる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は光ファイバの検査に関し、特に巻付光ファイバの検査に関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバの作製は一般にプリフォームを加熱する工程及びプリフォームを張力の下で線引きして光ファイバを形成する工程を含む。通常は、被覆形成のような、多くの他の工程が作製プロセスの一環として実施される。完成光ファイバは一般に、数１００ｍから数ｋｍまでの光ファイバを収容できる、保管スプールに巻き付けられる。
【０００４】
光ファイバは作製プロセス中に検査される。そのような検査は一般に、光ファイバが保管のためにスプールに何重にも巻き付けられる前に、分離ストランドとしての光ファイバに実施される。
【０００５】
現在、保管スプール上の光ファイバの検査は手作業で行われ、したがって、冗漫で重労働の作業である。手作業の検査中、作業者は、多くの異なるタイプの欠陥について巻き付けられた光ファイバを目視でチェックしなければならず、いくつかの欠陥は他の欠陥よりも容易に見つけられる。例えば、光ファイバ被覆の擦過傷及び微小欠陥（例えば、気泡及び破裂孔）は、光ファイバの明るく反射する表面及び小直径のため、容易に見逃される。さらに、保管スプール上の光ファイバの一層は１０００巻き以になることができ、このため検査プロセスは脅威になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様はスプールに巻き付けられた光ファイバを検査する方法である。方法は、巻付光ファイバを少なくとも第１の照明方向から照明光によって照明する工程、測定光として巻付光ファイバから方向転換された照明光の少なくとも１枚のデジタル画像を少なくとも１つの検出方向から取り込む工程、及び巻付光ファイバの少なくとも１つの欠陥を検出及び特性評価するために少なくとも１枚のデジタル画像を処理する工程を含む。
【０００７】
本開示の別の態様は巻付光ファイバを検査する方法である。方法は、測定光を発生させるように巻付光ファイバを照明する工程、巻付光ファイバを回転させる工程、回転中に測定光に基づいて巻付光ファイバの複数枚のデジタル画像を取り込む工程、及び巻付光ファイバの少なくとも１つの欠陥を特性評価するために複数枚のデジタル画像を処理する工程を含む。
【０００８】
本開示の別の態様はスプールに巻き付けられた光ファイバを検査するためのシステムである。システムは、巻付光ファイバを第１の照明方向からの光で照明するために配置された第１の光源、巻付光ファイバから反射及び散乱の内の少なくとも一方を受けた光の少なくとも１枚のデジタル画像を検出方向から取り込むために配置されたデジタルカメラ、及び巻付光ファイバの少なくとも１つの欠陥を特性評価するために少なくとも１枚のデジタル画像を処理するように適合されたコンピュータを備える。
【０００９】
さらなる特徴及び利点は以降の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、記述及び特許請求の範囲に、また添付図面にも、説明されるように実施形態を実施することによって認められるであろう。上述の全般的説明及び以降の詳細な説明がいずれも例示に過ぎず、特許請求の範囲の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。
【００１０】
添付図面はさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は１つ以上の実施形態を示し、詳細な説明とともに様々な実施形態の原理及び動作の説明に役立つ。したがって、本開示は、添付図面と合わせて読まれれば、以降の詳細な説明からより十分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは巻付光ファイバを保持しているスプールの一例の立面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは空のスプールの立面図である。
【図２】図２は一例の光ファイバの一部破断図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施形態にしたがう、光ファイバ内の欠陥を検出するための巻付光ファイバの測定を実施するために構成された一例の測定システムの立面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、照明方向及び検出方向と測定角を示す、図３Ａの測定システムの簡略な上面図である。
【図４Ａ】図４Ａは測定システムのデジタルカメラで取り込まれた処理後デジタル画像の一例の表示であり、欠陥の位置が散乱測定光に基づいて計算されている。
【図４Ｂ】図４Ｂは、検出方向に沿ってデジタルカメラにより見られるような巻付光ファイバのエッジにおける強度変化に関する情報をデジタル画像がどのように保持しているかを拡大挿入図内に示している、スプールの後面図である。
【図５Ａ】図５Ａは図３Ａの測定システムを用いてとられた巻付光ファイバのスプールのデジタル画像である。
【図５Ｂ】図５Ｂは図５Ａのデジタル画像についての平均強度ＩＡ(ｙ)対ｙ位置のプロットであり、プロットは閾値より上側にある深さを有する谷を示す。
【図６Ａ】図６Ａは図３Ａの測定システムを用いてとられた、図５Ａとは異なる、巻付光ファイバのスプールのデジタル画像である。
【図６Ｂ】図６Ｂは図５Ｂのデジタル画像についての平均強度ＩＡ(ｙ)対ｙ位置のプロットであり、プロットは閾値より下側にある深さを有する谷を示す。
【図７Ａ】図７Ａは図３Ａと同様であり、第２の実施形態にしたがう、光ファイバ内の欠陥を検出するための巻付光ファイバの測定を実施するために構成されたような、測定システムの一例の構成を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの構成例の測定システムの一異形についての照明方向及び検出方向を示す、図７Ａの測定システムの簡略な上面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａの構成例の測定システムの別の異形についての照明方向及び検出方向を示す、図７Ａの測定システムの簡略な上面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図７Ａの構成例の測定システムのまた別の異形についての照明方向及び検出方向を示す、図７Ａの測定システムの簡略な上面図である。
【図８Ａ】図８Ａは図７Ａの測定システムを用いて得られるような巻付光ファイバの前面側のデジタル画像の例を示し、検出情報を抽出するために処理することができる飽和反射線を照明が生じさせている。
【図８Ｂ】図８Ｂは図７Ａの測定システムを用いて得られるような巻付光ファイバの前面側のデジタル画像の別の例を示し、検出情報を抽出するために処理することができる飽和反射線を照明が生じさせている。
【図８Ｃ】図８Ｃは、基準線に沿う、図８Ａの反射線の上部エッジ及び下部エッジについてのエッジ測定値の簡略な表示である。
【図８Ｄ】図８Ｄは図８Ｂのデジタル画像の上部領域及び下部領域の２Ｄフーリエ変換であり、ファイバ被覆直径内の周期的欠陥の特徴を示す。
【図９Ａ】図９Ａは図３Ａ及び７Ａと同様であり、第３の実施形態にしたがう、光ファイバ内の欠陥を検出するための巻付光ファイバの測定を実施するために構成されたような測定システムの一例の構成を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、照明方向及び検出方向と測定角を示す、図９Ａの測定システムの簡略な上面図である。
【図１０】図１０は図９Ａの測定システムを用いて照明された巻付光ファイバのデジタル画像である。
【図１１Ａ】図１１Ａは図３Ａ、７Ａ及び９Ａと同様であり、第４の実施形態にしたがう、巻付光ファイバ内の欠陥の測定を実施するための測定システムの一例の構成を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、照明方向及び検出方向と測定角を示す、図１１Ａの測定システムの簡略な上面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは図１１Ａの測定システムを用いて取り込まれたデジタル画像の一部であり、光源からの直接反射（下部）を有する測定光及びその内部の拡散反射測定光が解析される狭い領域を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは図示の容易さのためにネガ画像（すなわち白黒反転）として示された巻付光ファイバの表面の全周の簡略なデジタル画像であり、擦過傷欠陥が長い垂直線として現れている。
【図１３Ａ】図１３Ａは図３Ａ、７Ａ、９Ａ及び１１Ａと同様であり、第５の実施形態にしたがう、巻付光ファイバ内の欠陥の測定を実施するための測定システムの一例の構成を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、照明方向及び検出方向と測定角を示す、図１３Ａの測定システムの簡略な上面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、巻付光ファイバの表面から反射された測定光における変動を示す、取り込まれたデジタル画像の一部を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、巻付光ファイバの表面における凹欠陥の場所を示す、水平基準線に対する図１４Ａのデジタル画像の平均変動ｄＹ(ｚ)を示す。
【図１４Ｃ】図１４Ｃはスプールの回転中にとられた１４枚のデジタル画像フレームについてのｄＹ(ｚ)に対する合成結果を簡略に示す。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは図１４ＣからのデータをＹ軸に沿って積分することで計算されるような、凹凸欠陥の３Ｄスキャン表面（輪郭図）を示す。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは凹欠陥が特定されている一例のスプールを示す。
【図１５】図１５は、２台のデジタルカメラを用いる第６の実施形態にしたがう、巻付光ファイバ内の欠陥の測定を実施するための測定システムの一例の構成の立面図である。
【図１６】図１６は図１５の測定システムのデジタルカメラの内の１台でとられたようなスプールのデジタル画像の一例である。
【図１７】図１７は図１５の測定システムを用いてスプールの３６０°回転中にデジタルカメラの内の１台で取り込まれたデジタル画像の合成セットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の、それらの例が添付図面に示されている、様々な実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、全図面を通して同じかまたは同様の参照数字及び記号が同じかまたは同様の要素を指して用いられる。図面は必ずしも比例尺で描かれてはおらず、当業者であれば、本開示の重要点を示すために簡略化されていることを認めるであろう。
【００１３】
以下に述べられるような特許請求の範囲は、この詳細な説明に組み入れられて、この詳細な説明の一部をなす。
【００１４】
本明細書に挙げられるいずれの刊行物及び特許文書の開示もそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【００１５】
デカルト座標がいくつかの図において参考のために示されているが、方向または方位について限定することは目的とされていない。
【００１６】
図１Ａはスプールに巻き付けられ、よってスプール上に保管された光ファイバ２０を含む一例のスプール１０の立面図である。図１Ｂは空のスプール１０の立面図である。スプール１０は、光ファイバ２０を巻き付けることができる円柱芯１４で連結されたフランジ１２Ａ及び１２Ｂを有する。フランジ１２Ａ及び１２Ｂはそれぞれ内側表面１６Ａ及び１６Ｂを有する。スプール１０上に保管される光ファイバ２０の長さは数１０ｍまたは数１００ｍから何ｋｍにもわたることができる。スプール１０上の光ファイバ２０の巻数は数１０００にもなり得る。スプール１０上に巻かれたままの光ファイバ２０は本明細書において「巻付光ファイバ」２０Ｗと称される。光ファイバ２０は、スプール１０上に巻かれた後に検査されることが有益であろう、いずれかのタイプの光ファイバとすることができる。以下のスプール１０への言及は、別途に言明されない限り、巻付光ファイバ２０Ｗを含むスプールを指す。
【００１７】
図２は一例の光ファイバ２０の一部破断図であり、コア２２、コアを囲むクラッド層２４及びクラッド層を囲む緩衝用被覆（被覆）２６を示す。被覆２６は光ファイバ２０の外表面を定める外表面２８を有する。巻付光ファイバ２０Ｗは、気泡、擦過傷、破裂孔、かき傷、表面汚染、亀裂、割れ、巻き誤り、周期的寸法誤り、非周期的寸法誤り及び凹痕のような、１つ以上の欠陥を有し得る。
【００１８】
第１の実施形態
図３Ａは、第１の実施形態にしたがう、巻付光ファイバ２０Ｗ内の欠陥の測定を実施するために構成された測定システム３０の立面図である。測定システム３０は照明光５２を放射する光源５０及びデジタルカメラ７０を備える。光源５０及びデジタルカメラ７０は軸Ａ１に沿って配置され、スプール１０は光源とデジタルカメラの間に、光源及びデジタルカメラが巻付光ファイバ２０Ｗの実質的に前後をなす側に面するように軸Ａ１に沿って配置される。一例において、照明方向と検出方向はスプール１０に関して実質的に１８０°離される。巻付光ファイバ３０Ｗの前面２１Ｆは光源５０を向き、後面２１Ｂはデジタルカメラ７０を向く。巻付光ファイバ２０Ｗを介してデジタルカメラ７０に達する光５２は本明細書において測定光５２Ｍと称される。
【００１９】
図３Ｂは、巻付光ファイバ２０Ｗ上に入射する照明光５２についての照明方向ＩＤ及びデジタルカメラ７０によって受け取られるような測定光５２Ｍの方向（すなわち、検出方向ＤＤ）を示す、システム３０の一部の簡略な上面図である。
【００２０】
デジタルカメラ７０は、１枚以上のデジタル画像（すなわち、静止画像、一連のデジタル画像、ビデオ画像、等）を取り込み、１枚以上のデジタル画像を電気的に具現するカメラ信号ＳＣを生成するように、構成される。スプール１０は、ステージのような、支持部材８０によって支持される。支持部材８０は車軸を有することができる（以下で紹介され、論じられる、図１３Ａを参照のこと）。一例において、支持部材８０は円柱形スプール１０の中心軸ＡＣに相当する回転軸ＡＲを中心にして回転することができる。別の例において、支持部材は固定され、スプール１０の（例えば、上述した車軸を中心とする）回転を可能にする。一例において、スプール１０は、スプール１０が中心軸ＡＣを中心にして回転するように、（例えば、一方のフランジ１２Ａまたは１２Ｂに押し付けられた回転するゴムホイール（図示せず）によって）駆動される。
【００２１】
測定システム３０はデジタルカメラ７０に電気的に接続されたコンピュータ９０を備える。コンピュータ９０は、パーソナルコンピュータまたはワークステーションのような、いずれかのタイプのコンピュータとすることができる。コンピュータ９０は、市販のマイクロプロセッサ、プロセッサを、ハードディスクドライブのような、記憶装置に接続するに適するバスアーキテクチャ、及び適する入出力デバイス（例えば、キーボード９２及びディスプレイ９４）のいずれも有することが好ましい。コンピュータ９０は、巻付光ファイバ２０Ｗ内の１つ以上の欠陥を特性評価するためにコンピュータにカメラ信号ＳＣを処理させる、コンピュータ読出可能媒体（例えば、メモリ、プロセッサ、等）に具現化された命令（ソフトウエア）によってプログラムすることができる。
【００２２】
一例において、コンピュータ９０は以下のプロセス、エッジ検出、平均、相関、自己相関、コンボリューション、デコンボリューション、フーリエ変換及びフィルタ（すなわち、フィルタ処理またはフィルタリング）の内の少なくとも１つを実施するための、コンピュータ読出可能媒体に具現化された命令を有する。
【００２３】
測定システム３０の動作において、光源５０は巻付光ファイバ２０Ｗの前面２１Ｆを照明する光５２を放射する。光５２の一部は巻付光ファイバ２０Ｗの被覆２６内に結合されて、巻付光ファイバの後面２１Ｂに進み、その際に、捕捉された光が、デジタルカメラ７０によって検出される、測定光５２Ｍとして（例えば散乱により）被覆の外表面２８を出る。
【００２４】
図３Ａの拡大挿入図は後面２１Ｂにおける巻付光ファイバ２０Ｗの一部を示す。被覆２６は、デジタルカメラ７０によって取り込まれた一例のデジタル画像７２に輝点として現れる散乱された測定光５２Ｍを生じさせる、気泡、破裂孔、等のような欠陥を有する。
【００２５】
図４Ａは、処理後の、デジタルカメラ７０によって取り込まれたデジタル画像７２の一例の表示である。処理後のデジタル画像７２は検出された散乱測定光５２Ｍに基づいて計算された欠陥７４を示す。処理後のデジタル画像７２は巻付光ファイバ２０Ｗの計算されたエッジ７６も示す。フランジ１２Ａ（図４Ａには示されていない）の近くに巻付欠陥７４Ｗが示されている。巻付欠陥７４Ｗは、光ファイバ２０が均等に巻かれずに、フランジ１２Ａにおいてどれだけ重積されているかを示す。これは光ファイバ２０がスプール１０に巻き付けられるときの巻付問題を暗示しており、巻付問題は巻付光ファイバ２０Ｗ内に別の欠陥を生じさせていることがあり得る。
【００２６】
一例の実施形態において、デジタルカメラ７０は、散乱光５２Ｍの様子をより近くから見るため、巻付光ファイバ２０Ｗの後面２１Ｂにズームインすることができる。別の実施形態において、後面２１Ｂのより大きな拡大視野を得るため、マイクロレンズを装着した異なるカメラ（図示せず）を用いることができる。一例において、デジタル画像７２（または複数枚のデジタル画像）を処理して欠陥の位置を得るため、デコンボリューションプロセス（例えば、コンピュータ９０上で稼働するするデコンボリューションアルゴリズム）が用いられる。位置解析は、塵埃粒子または破裂孔を表すことができるランダム位置ＰＲから発する散乱光５２Ｍをフィルタ除去するが、被覆の気泡欠陥を表すことができる整列位置のような、非ランダム位置ＰＮＲからの散乱光は検出するために用いることができる（図３Ａも参照のこと）。次いで、欠陥７４の密度及び線内分布が計算され、例えば合格／不合格判定のために、欠陥計数値が閾欠陥係数値と比較される。
【００２７】
図４Ｂは後面２１Ｂの方向で見られるような、すなわちデジタルカメラ７０が見るような、スプール１０を示す。この図に示されるように、巻付光ファイバ２０Ｗはエッジ２７Ａ及び２７Ｂを有する。一例において、エッジ２７Ａ及び２７Ｂは測定されて基準ＲＥＦ、例えば真直エッジまたは直線、と比較される。エッジ高ＨＡ(ｚ)及びＨＢ(ｚ)の変動が測定され、閾値と比較される。
【００２８】
様々な例において、２つの測定された高さＨＡ(ｚ)及びＨＢ(ｚ)が比較される。比較の例には、ΔＨ(ｚ)＝ＨＡ(ｚ)−ＨＢ(ｚ)、最善フィッティング多項式計算、|ΔＨ|＝|ＨＡ(ｚ)−ＨＢ(ｚ)|、ＨＡ(ｚ)＊ＨＢ(ｚ)（コンボリューション）またはＨＡ(ｚ)☆ＨＢ(ｚ)（相関）、デコンボリューションＦ{ＨＡ(ｚ)}・Ｆ{ＨＡ(ｚ)}（Ｆはフーリエ変換を表す）あるいは、２つの測定データセットの統計解析を実施するために技術上用いられる、同様の比較タイプの関数の計算がある。
【００２９】
図４Ｂは基準ＲＥＦに沿うＨＡ(ｚ)及びＨＢ(ｚ)を示している測定されたエッジ２７Ａ及び２７Ｂのそれぞれの一部の拡大図を示す挿入図を含む。一例において、測定された高さＨＡ(ｚ)及びＨＢ(ｚ)は、ｚ位置の関数としての（すなわち、エッジ２７Ａ及び２７Ｂに沿う）低周波変動がより容易に識別されるように、個々の光ファイバ２０にともなう高周波成分を除去するためにフィルタリングされる。一例において、暗い背景に対して明るいエッジ２７Ａ及び２７Ｂを検出するため、標準のエッジ検出アルゴリズムを用いることができる。
【００３０】
図５Ａ及び６Ａは、図３Ａのシステム３０の構成を用いて光源５０で照明されて、デジタルカメラ７０でとられるような、２つの異なる巻付光ファイバ２０Ｗのスプールの２枚の画像である。図５Ａの画像７２は図６Ａの画像よりも高い中央領域における光強度及び小さいコントラストのダイナミックレンジを有し（ペールファイバ）、これは、巻付光ファイバ２０Ｗの全長に沿う微小擦過傷によって生じた、より強い散乱を示す。
【００３１】
図５Ｂ及び６Ｂはそれぞれ、図５Ａ及び６Ａの画像７２についての平均光強度分布ＩＡ(ｙ)のプロットである。それぞれのｙ位置における平均強度ＩＡ(ｙ)は、ＩＡ(ｙ)＝ΣＩＡ(ｚ,ｙ)/Ｎとして、またはｚ方向に沿うＮピクセルのどれかのサブセットの中央値をとることによって、計算することができる。中央深さ、勾配、曲線の総面積、（ＩＥ＝「期待強度」、すなわち、理想または「良」強度に対する）総合残差Σ(ＩＡ(ｙ)−ＩＥ(ｙ))または強度曲線ＩＡ(ｙ)から導出されるその他の計量値は、スプール１０に対する合格／不合格判定のための閾値との比較に用いることができる。閾値は良スプール１０の計量値の解析から導出することができる。閾値は、被覆タイプ、それぞれのスプールのファイバ長及び同様の特性の関数でもあり得る。
【００３２】
図５Ｂ及び６Ｂのプロットにおいて、谷９１の深さは閾値９３と比較される。図５Ｂのプロットにおいて、谷９１は閾値９３の上側にあって、巻付光ファイバ２０Ｗが許容できないレベルの微小擦過傷欠陥を有することを示している。図６Ｂのプロットはスプール１０が谷９１について許容できる深さを有すること、すなわち、谷が閾値９３の下側に延び、許容できるレバルの微小擦過傷を示していることを示す。
【００３３】
一例において、測定プロセスは、デジタル画像における大きなダイナミックレンジをカバーするために様々な露出で、また巻付光ファイバ２０Ｗの全周をカバーするためにスプール１０の様々な回転位置で、とられた複数枚のデジタル画像７２を用いて反復することができる。
【００３４】
第２の実施形態
図７Ａは図３Ａと同様であるが、光源５０及びデジタルカメラ７０が巻付光ファイバ２０Ｗの前面２６Ｆの側にあり、一例において、小さい角距離を有するかまたは角距離を有していない、測定システム３０の一例の構成を示す。図７Ｂから７Ｄは図３Ｂと同様の簡略な上面図であり、照明光５２の入射照明方向ＩＤ及びデジタルカメラ７０によって検出されるような測定光５２Ｍの検出方向ＤＤを示している。図７Ｃは照明光５２と測定光５２Ｍによる同じ光路の一部、すなわち、同じ方向の共有を可能にするためにビームスプリッタＢＳが用いられている例を示す。図７Ｄは照明方向と検出方向の間に小測定角θ、例えばθ≦１０°、がある実施形態を示す。
【００３５】
この第２の実施形態において、測定光５２Ｍは実質的に照明光５２の方向に沿ってデジタルカメラ７０に戻る。巻付光ファイバ２０Ｗで定められる円柱形前面２１Ｆは図８Ａ及び８Ｂのデジタル画像７２に示されるように、飽和反射線１２０を生じる。反射線１２０は、欠陥情報を抽出するためにコンピュータ９０で処理することができる、上部エッジ１２２Ｔ及び下部エッジ１２２Ｂを有する。図８Ｃは図８Ａのデジタル画像７２の反射線１２０から抽出された上部エッジ１２２Ｔ及び下部エッジ１２２Ｂについてのエッジ測定値の簡略な表示である。基準線ＲＥＦも示されている。
【００３６】
光ファイバ２０が被覆直径内に周期的または擬周期的な変動の形態の欠陥を有していれば、巻付光ファイバ２０Ｗの円柱面は、完璧な光ファイバでつくられていれば巻付光ファイバから期待される反射角を周期的または擬周期的に変える、微小変動を有するであろう。周期的または擬周期的な被覆直径欠陥は飽和エッジの軸Ｙに沿う両側の光強度１２３Ｔ及び１２３Ｂにおける周期的または擬周期的な変動として現れる。
【００３７】
一例において、コンピュータ９０はデジタル画像７２の少なくとも一部の２Ｄフーリエ解析を実施する。図８Ｄは図８Ｂのデジタル画像の上部領域１２３Ｔ及び下部領域１２３Ｂの２Ｄフーリエ変換であって、被覆２６の厚さにおける周期的または擬周期的欠陥７４の徴候を有する。そのような欠陥７４は周期的寸法エラーのカテゴリに入る。
【００３８】
第３の実施形態
図９Ａは、図３Ａ及び７Ａと同様であるが、照明光５２の照明方向と測定光５２Ｍの検出方向が約８０°から約１５０°の範囲にある、例えば約１３０の°、測定角θを定めるように光源５０及びデジタルカメラ７０が配置されている、測定システム３０の構成の一例を示す。
【００３９】
図９Ｂは図９Ａの測定システム３０の簡略な上面図であり、巻付光ファイバ２０Ｗに向けて照明方向ＩＤに沿って進んでいる照明光５２及び巻付光ファイバからデジタルカメラ７０に向けて検出方向ＤＤに沿って進んでいる測定光５２Ｍを示している。照明方向ＩＤと検出方向ＤＤの間の測定角θも示されている。
【００４０】
図１０は、図９Ａ及び９Ｂに示されるように構成された測定システム３０を用いて照明された、巻付光ファイバ２０Ｗのデジタル画像７２である。第２の実施形態と同様、巻付光ファイバ２０Ｗの最上層の表面からの直接反射測定光５２Ｍの明るい飽和領域（線）１２０が解析される。反射の上部エッジ１３３を検出するためにエッジ検出アルゴルズムを用いている。上部エッジ１３３を平滑化するためにメディアンフィルタを用いている。被覆直径内の高周波変動及び短い擦過傷領域をもつ単ファイバスレッドを示す、平滑化された上部エッジ１３３の上方にある孤立単スパイク１３２を計数する。欠陥数は、スプール１０の合格／不合格判定のため、閾計数値と比較される。
【００４１】
第４の実施形態
図１１Ａは、図７Ａと同様であるが、デジタルカメラ７０が直接反射光ではなく、拡散測定光５２Ｍを受け取るように配置されている、測定システム３０の構成の一例を示す。図１１Ｂは図１１Ａの測定システム２０の簡略な上面図であり、照明方向ＩＤ、直接反射方向ＤＲ及び検出方向ＤＤを、測定角θとともに、示している。
【００４２】
図１１Ａの測定システム３０によって測定を実施するため、スプールを３６０°回転させ、その間に、例えば数１０から数１００枚のフレームの、一連のＮ枚のデジタル画像（例えばビデオ画像）をデジタルカメラ７０が取り込む。次いで、直接反射線１２０（図１２Ａ参照）の遙か上方または下方のそれぞれのデジタル画像７２の（ｍＹピクセル高、例えば１ピクセル高から数１０ピクセル高）の狭領域１３５の内部のピクセルが、狭領域１３５における拡散反射測定光５２Ｍのいかなる非一様性も検出するために、処理されて解析される。そのような非一様性は一般に、擦過傷、表面汚染及び塵埃粒子によって生じる。処理の例には、それぞれのＺ位置における狭領域１３５の全ｍＹピクセルの、最大値、平均値または中央値の計算がある。それぞれの画像処理の結果は特定の画像ｎについての強度関数<Ｉｎ(ｚ)>である。
【００４３】
図１２Ａは図１１Ａの測定システム３０を用いて取り込まれた一例のデジタル画像７２の一部であり、光源５０からの直接反射領域１２０（下部）を含む測定光５２Ｍを示す。直接反射領域１２０の上方の狭領域１３５は、１つ以上の表面欠陥７４によって生じた光５２の拡散による、検出された測定光５２Ｍについて解析される。３６０°の全回転後、Ｎ個の強度関数<Ｉｎ(ｚ)>の全てが合成されて、巻付光ファイバ２０Ｗの表面の全周Ｌの合成デジタル画像７２Ｃを表す新しい２Ｄ強度関数<Ｉｎ(ｚ,ｎ)>になる。
【００４４】
図１２Ｂは、図示の容易さのためにネガ画像（すなわち白黒反転）で示された巻付光ファイバ２０Ｗの表面の全周Ｌの新しいデジタル画像７３の略図である。したがって、暗線は検出された測定光５２Ｍを示す。デジタル画像７３は、デジタル画像に細長垂直線として現れる、被覆外表面２８の擦過傷欠陥１３４Ａを示す。
【００４５】
巻付光ファイバ２０Ｗの全周Ｌの合成デジタル画像７２Ｃは、一例において、擦過痕１３２の総長を計算するため、標準のスケルトンバイナリフィルタリングを用いて処理される。結果は、スプール１０における擦過傷欠陥１３４Ａの合格／不合格判定のため、閾値と比較される。
【００４６】
第５の実施形態
図１３Ａは、図１１Ａと同様であるが、光源５０が、９０°より小さく、一例においては約２０°と６０°の間の、測定角θでデジタルカメラ７０から隔てられている、測定システム３０の構成の一例を示す。測定を実施するため、スプール１０が３６０°回転され、その間に、例えば数１０から数１００枚のフレームの、一連のデジタル画像（例えばビデオ画像）をデジタルカメラ７０が取り込む。デジタル画像７２は実時間処理または事後処理されて、欠陥７４について解析される。図１３Ｂは図１３Ａのシステム３０の一部の上面図であり、測定角θの一例を示す。図１３Ａは支持部材８０が車軸を有する実施形態の一例を示す。
【００４７】
図１４Ａは取り込まれたデジタル画像７２の内の１枚（例えばｎ枚のビデオフレームの内の１枚）の一部を示す。したがって、白線１２０は測定光５２Ｍの飽和反射を示す。反射領域における巻付光ファイバ２０Ｗのスプール１０の理想的な円柱表面の場合、測定光５２Ｍは基準線ＲＥＦとして示される完全な直線を形成する。
【００４８】
ｚ軸に沿う完全に水平な基準線ＲＥＦに対する線変位ｄＹ(ｚ)の平均位置が図１４Ｂに示される。この線変位ｄＹ(ｚ)は理想的な円柱形に比較したときのファイバ表面の傾きにおける低周波変化を表す。よって、関数ｄＹ(ｚ)は傾きＹ(ｚ)を表す。大きな摂動は表面くぼみ欠陥７４Ｄの非ゼロ傾きを表す。そのような欠陥７４Ｄは、例えば、ハンドリングまたは積送中に、一スプール１０のフランジが別のスプールの巻付光ファイバ２０Ｗに当たることで生じ得る。
【００４９】
図１４Ｃは、スプール１０の回転中にとられた１４枚のデジタル画像７２（フレームＦＩ〜Ｆ１４）からの、合成されたｄＹ(ｚ)計算結果を簡略に示す。Ｆ２からＦ１２の間に有意な、傾きが負から正に変わる、傾き変動を見ることができる。これは表面のくぼみまたは凹痕欠陥７４Ｄの領域を表す。一例において、処理後の関数ｄＹ(ｚ)は巻付光ファイバ２０Ｗの３Ｄスキャン表面図を生成するために用いることができる。
【００５０】
図１４Ｄは図１４ＣからのデータをＹ軸に沿って積分することで計算した凹凸領域（すなわち、欠陥７４Ｄ）の３Ｄスキャン表面（輪郭図）を示す。
【００５１】
図１４Ｅは、デジタル画像７２の処理後、デジタル画像が巻付光ファイバ２０Ｗ上の位置に整合され得るように回転中のスプールの方位に注意して、凹痕欠陥７４Ｄが識別されているスプール１０を示す。次いで、凹痕欠陥７４Ｄの特徴、例えばそれぞれの凹痕の大きさ及び深さを評価するため、表面凹凸における計算された変化が解析される。一例において、３Ｄ表示は図１４Ｄに示されるような強度輪郭図の形態にあることができる。
【００５２】
第６の実施形態
図１５は２台のデジタルカメラ７０Ａ及び７０Ｂを備える測定システム３０の一部の構成の一例を示す。光源５０が巻付光ファイバ２０Ｗの前面２１Ｆを実質的に真正面から（すなわち、実質的に垂直入射で）照射し、デジタルカメラ７０Ａ及び７０Ｂはそれぞれフランジ１２Ａ及び１２Ｂの内側表面１６Ａ及び１６Ｂに向けられる。
【００５３】
スプール１０は３６０°回転され、デジタル画像７２（例えば数１００枚のビデオフレーム）がデジタルカメラ７０Ａ及び７０Ｂのそれぞれによって取り込まれる。フランジ１２Ａ及び１２Ｂのそれぞれの内側表面１６Ａ及び１６Ｂを撮像するようにデジタルカメラ７０Ａ及び７０Ｂを向けることにより、内側表面を背景にして測定光５２Ｍを見ることができる。
【００５４】
図１６はデジタルカメラ７０Ａでとられるようなスプール１０及び巻付光ファイバ２０Ｗの画像７２である。図１６の画像７２はフランジ１２Ａの内側表面１６Ａに打ち当たっている光ファイバ２０の孤立単ループの形態にある巻付誤り欠陥７４Ｗを示す。フランジ１２Ａの内側表面１６Ａ上に見える異物欠陥７４Ｆ（例えばテープ片）も見ることができる。
【００５５】
図１７は、３６０°の回転中に取り込まれ、合体されてフランジ１２Ａの全周の合成デジタル画像７２Ｃになっている、デジタル画像７２のセット全体を示す。欠陥７４Ｗ及び７４Ｆのいずれもが合成デジタル画像７２Ｃ上に存在する。フランジ１２Ａを背景にして欠陥７４Ｗ及び７４Ｆを検出し、欠陥についての計量を計算し、次いで、例えばスプール１０に対する合格／不合格／手直し判定のために、結果を閾値と比較するため、標準的画像処理、フィルタリング、エッジ検出、スケルトン及び線検出のアルゴリズムが用いられる。
【００５６】
上述した測定システム３０は個別の実施形態に関連して説明されているが、単一の測定システムが本明細書に説明される異なる実施形態の全ての測定を実施できる態様で構成され得ることに注意されたい。
【００５７】
さらに、本明細書に説明されるような本開示の好ましい実施形態に様々な改変が、添付される特許請求の範囲に定められるような本開示の精神または範囲を逸脱することなく、なされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、そのような改変及び変形が添付される請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本開示はそれらの改変及び変形を包含する。
【符号の説明】
【００５８】
１０    スプール
１２Ａ，１２Ｂ    フランジ
１４    円柱芯
１６Ａ，１６Ｂ    フランジ内側表面
２０    光ファイバ
２０Ｗ    巻付光ファイバ
２１Ｂ    巻付光ファイバの後面
２１Ｆ，２６Ｆ    巻付光ファイバの前面
２２    コア
２４    クラッド層
２６    緩衝用被覆（被覆）
２７Ａ，２７Ｂ    巻付光ファイバのエッジ
２８    被覆の外表面
３０    測定システム
５０    光源
５２    照明光
５２Ｍ    測定光
７０，７０Ａ，７０Ｂ    デジタルカメラ
７２，７３    デジタル画像
７２Ｃ    合成デジタル画像
７４    欠陥
７４Ｄ    表面くぼみ欠陥
７４Ｆ    異物欠陥
７４Ｗ    巻付欠陥
７６    巻付光ファイバのエッジ
８０    支持部材
９０    コンピュータ
９１    谷
９２    キーボード
９３    閾値
９４    ディスプレイ
１２０    飽和反射線
１２２Ｂ    飽和反射線の下部エッジ
１２２Ｔ，１３３    飽和反射線の上部エッジ
１２３Ｂ，１２３Ｔ    飽和反射線の光強度
１３２    擦過痕
１３４Ａ    擦過傷欠陥
１３５    狭領域
Ａ１    軸
ＡＣ    スプールの中心軸
ＡＲ    支持部材の回転軸
ＢＳ    ビームスプリッタ
ＤＤ    検出方向
ＤＲ    直接反射方向
ＩＤ    照明方向
ＰＲ    ランダム位置
ＰＮＲ    非ランダム位置
ＲＥＦ    基準／基準線
ＳＣ    カメラ信号
【図１Ａ】
0006585056.tif 000002
【図１Ｂ】
0006585056.tif 000003
【図２】
0006585056.tif 000004
【図３Ａ】
0006585056.tif 000005
【図３Ｂ】
0006585056.tif 000006
【図４Ａ】
0006585056.tif 000007
【図４Ｂ】
0006585056.tif 000008
【図５Ａ】
0006585056.tif 000009
【図５Ｂ】
0006585056.tif 000010
【図６Ａ】
0006585056.tif 000011
【図６Ｂ】
0006585056.tif 000012
【図７Ａ】
0006585056.tif 000013
【図７Ｂ】
0006585056.tif 000014
【図７Ｃ】
0006585056.tif 000015
【図７Ｄ】
0006585056.tif 000016
【図８Ａ】
0006585056.tif 000017
【図８Ｂ】
0006585056.tif 000018
【図８Ｃ】
0006585056.tif 000019
【図８Ｄ】
0006585056.tif 000020
【図９Ａ】
0006585056.tif 000021
【図９Ｂ】
0006585056.tif 000022
【図１０】
0006585056.tif 000023
【図１１Ａ】
0006585056.tif 000024
【図１１Ｂ】
0006585056.tif 000025
【図１２Ａ】
0006585056.tif 000026
【図１２Ｂ】
0006585056.tif 000027
【図１３Ａ】
0006585056.tif 000028
【図１３Ｂ】
0006585056.tif 000029
【図１４Ａ】
0006585056.tif 000030
【図１４Ｂ】
0006585056.tif 000031
【図１４Ｃ】
0006585056.tif 000032
【図１４Ｄ】
0006585056.tif 000033
【図１４Ｅ】
0006585056.tif 000034
【図１５】
0006585056.tif 000035
【図１６】
0006585056.tif 000036
【図１７】
0006585056.tif 000037