JPH04501772A - 屈折率測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 屈折率測定装置及び方法 本発明は、光ファイバや光フアイバ母材のように、はぼ円柱形をしている透明物 体の半径方向の屈折率プロフィール及びその他の特性を光学的手段により測定す る装置及び方法に関するものであり、測定は、当該物体の長さ方向の軸に対して 一般的に横方向から当該物体を照明することにより行われる。本発明は、特に、 気相軸付け（ＶＡＤ）法により製造された光フアイバ母材のように、従来の方法 や装置では測定しにくい、特定の光フアイバ母材の半径方向屈折率プロフィール の測定を可能にするものである。

光フアイバ母材の屈折率プロフィールは、通常、半径方向には不連続点が無いか あるいはほとんど無いように滑らかに変化し、母材の長さ方向には変化しない平 均屈折率を有していることが要求される。したがって、屈折率プロフィールを測 定するための装置及び方法、母材の製造における品質制置を行うための手段とし て開発されている。

１９７７年１１月２４日のエレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）の第１３巻第２４号第７３６乃至７３８頁において、ピー 、エル、チュ（Ｐ、Ｌ、　Ｃｈｕ）は、母材の軸に対して垂直に横方向からレー ザビームを当て、前方透過光線の射出角φＸを入射ビームのｙ軸からの距離Ｘの 関数として記録することにより、光フアイバ母材の屈折率プロフィールを測定す る方法を発表している。そこでは屈折率プロフィールをめるために、これら射出 角を含む数値積分法が使用されている。この方法を実施するための装置は、１９ ７９年５月１０日のエレクトロニクス・レターズの第１５巻第１０号第２９５乃 至２９６頁に、ビー５エル、チュー及びティー、ウィトブレッド（Ｔ、　Ｗｉｔ ｂｒｅａｄ）によって開示されている。

英国特許出願公開第２０７１３１５号明細書には、光フアイバ母材のようなほぼ 円柱状の物体における半径方向の屈折率変化を検知する方法が開示されている。

この方法は、コリメートされた光ビームにより測定を行うために、離れ当該物体 を透過した光を物体の軸を含む平面と平行な焦点面に焦点合わせを行い、光の性 質が焦点面における光軸からの距離の関数として変化するようにビームを変調し 、焦点合わせされた光ビームのパラメータを測定点の当該軸からの距離の関数と して測定し、当該パラメータの測定から屈折率プロフィールにおける半径方向の 変化をめるものである。

ＶＡＤ母材のように多くの母材は、現在一般に、非常に多くの薄膜材料層から形 成される。そのような母材の屈折率は各層毎に実質的に変化しているかもしれな いが、これらの層は非常に薄いので全体としての屈折率プロフィールは滑らかに 変化しているよう現れる。しかしながら、これらの層は一般的に照射されるレー ザビームのビーム径よりも薄いために回折が起こり、母材から射出されるビーム は多くの明瞭（ｄｉｓｔｉｎｃｔ）な部分すなわち回折次数から成っていること が発見されている。

特開昭６３−９５３３７号公報には、Ｏ次ビーム部分を選択し、高次ビーム部分 は通過させないようにするための固定絞りを有する母材分析装置が開示されてい る。

現在、これら公知の分析装置は、比較的簡単な形状の光フアイバ母材の屈折率プ ロフィールは良く測定できるか、特定のＶＡＤ母材のようなより複雑な母材に使 用した場合には、偽の結果が得られることが発見されている。本発明はこれら問 題点の解決を図るものであり、従来可能であった範囲よりも広い範囲の母材につ いて、屈折率プロフィールの測定及び従来測定不可能であったパラメータの測定 に使用することのできる母材分析装置を提供するものである。

ここで使用されているように、以下の用語は以下に示す意味を有している。「横 型分析装置（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｔｙｐｅ　Ａｎａｌｙｓｅｒ）Ｊは、母材 や他の円柱状物体の光学的特性を、物体の長さ方向の軸に対して一般的に横方向 から物体を照明することにより分析するいかなる装置をも含む。「照射ビーム」 は、可視光であろうとなかろうと、いかなるタイプの光をも含み、広いビームで あっても良いし狭いビームであっても良いが、焦点合わせされているものが好ま しい。物体から射出した後のビームに沿った任意の地点において、［φＸ方向」 とは、その地点におけるビームの方向と一般的に直角な方向である。その地点に おいて、もし物体に入射するビームが物体を横切って半径方向に移動しかつ物体 が軸方向に屈折率変動を有していなければ、透過ビームは移動するであろう。「 φｙ力方向とは、φＸ方向に直交する方向である。φＸ及びφｙは各々屈折にお ける半径方向の角度及び軸方向における角度である。物体からの透過光に関連し て１部分」とは、例えば透過するビームが回折を受ける場合におけるビームのよ うに、透過する一つのビームから生ずるビーム群において、完全に明瞭な個々の ビーム（あるいはそれらの一部）及び、当該ビームの完全には明瞭でない部分、 の両方を含む。「識別」　（あるいは、「選択的な識別」）とは、強度０あるい は低強度の背景信号から信号ビームを選択することを含む。

本発明の第一の観点によれば、照射ビームを発生する照射手段、物体を透過した 後の照射ビームを検知する検出器、当該物体を照射手段と検出器との間に保持す る手段、検出器の出力を選択的に制限するフィルタリング手段からなり、当該フ ィルタリング手段は、φｙ力方向屈折される透過ビームの選択された部分のみを 示す信号を検出器が発生するように調整可能である、光ファイバや光フアイバ母 材のようなほぼ円柱状の透明物体の光学的特性を測定するための横型分析装置が 提供される。

光フアイバ母材から射出する回折パターンの０次ビーム部分は、半径方向の屈折 率プロフィールを計算することができる情報を含んでいる。実際、０次ビーム部 分は、一般に、回折が無い場合のビームと同じφχ値を有している。

しかしながら、あるタイプの母材は０次光がφｙ力方向屈折される回折パターン を発生することが発見されており、したがって、本発明は、そのような母材に対 して０次ビーム部分を（したがって屈折率プロフィールを）測定できるという特 長を存している。

さらに、母材の軸方向の平均屈折率は本質的には一定であろうが、使用される特 定の製造プロセスは、軸方向に屈折率変動を露呈する層を形成する原因となるこ とがあるということが発見されている。そのようなプロセスの重要な例は、気相 軸付は製造方法である。このプロセスにおいては、光フアイバ母材は、軸方向に 層を堆積させることにより長さ方向の軸に沿って成長する。このプロセスの目標 は、依然として、はとんど理想的な円対称を有する光フアイバ母材を製造するこ とである。そのような母材においては、層状構造とビームとの相互作用に起因す る回折パターンの特徴は、０次ビーム部分は母材を通過しても軸方向に一般的に 偏向を受けないが、その他の次数のビームは軸方向に偏向を受け、偏向される量 は層の厚さに関係していることが解っている。実際上、そのような母材の軸方向 層状構造、により、層表面の軸方向の傾きに直接関連した量だけ回折パターンの 回転が生ずる。透過ビームのφχ軸から偏向している部分を識別するようにフィ ルタリング手段を調整可能とすることにより、このような母材における高次の回 折光を分析することが可能となる。

ＶＡＤ母材の軸方向層状構造とはいっても、平均屈折率の変化のほとんど全ては 、軸方向よりは半径方向にあり、このことは、平均作用によりビームは軸方向に 逸れないということを意味している。したがって、０次光のφｙはほぼ零である 。

本発明においては、第一近似として、ＶＡＤ母材は簡単な回折格子として取り扱 っても良く、その結果、そのような簡単な回折格子から生ずる回折次数の空間に 関する基本理論（例えば、アール、ニス、ロングバースト（Ｒ，Ｓ、　Ｌｏｎｇ ｈｕｒｓｔ）著［幾何及び物理光学（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｐｈｙ ｓｉｃａｌＯｐｔｉｃｓ）　Ｊ　（第二版）１９６７年ロングマンズ（Ｌｏｎｇ ｍａｎｓ）発行）は、ＶＡＤ母材に対してほぼ有効であるということを発見した 。したがって、０次光は２つの第一次光からほぼ等距離にある。この発見は、０ 次ビーム部分が測定するに十分な強度を有していないときに特に有効である。な ぜならば、この発見により、他の次数のビーム部分に関する位置情報から０次ビ ーム部分に関する位置情報を得ることが可能となるからである。

フィルタリング手段は、機械的なものであっても良く、透過ビームの選択された 部分のみが検出器に到達するように構成され、それにより、ビームの残りの部分 に対して選択された部分が識別される。フィルタリング手段は、例えば、φｙ力 方向平行な方向に移動可能であるような開口を有するスクリーンの形態を採って も良い。

あるいは、フィルタリング手段は、選択された信号のみを通過させるように検出 器からの出力をフィルタリングし、それによりビームの選択された部分を識別す るようになっているものでも良い。そのような論理フィルタは、例えば、電子的 フィルタであっても良い。

この種の論理フィルタは、たとえそれらが調整可能でなくとも、多くのタイプの 母材の分析に有効である。本発明は、したがって、照射ビームを発生する照射手 段、物体を透過した後の照射ビームを検知する検出器、当該物体を照射手段と検 出器との間に保持する手段、ビームの選択された部分を識別するために、選択さ れた信号のみを通過させるように検出器の出力をフィルタリングする手段からな る、光ファイバや光フアイバ母材のようなほぼ円柱状の透明物体の光学的特性を 測定するための横型分析装置をも提供するものである。

電子的フィルタのような論理フィルタは、機械的な開口と類似のフィルタリング 手段であるが、ある特長を有している。例えば、もしそのフィルタが、識別され る透過ビームの位置調整ができるようなものであれば、当該フィルタは、振動し 従って測定精度に影響する部分を有していない点で機械的な開口に対して有利で あり、さらに、調整速度が速い点で有利である。

論理フィルタと機械的な開口との多くの類似点を考慮して、便宜のため、フィル タリング手段の両形態を包含するものとして、「開口」という用語を以下に使用 する。

電子的フィルタのような論理フィルタは、検出器と物体との間に配置されかつ変 調手段の平面内においてビームの位置情報を符号化するための当該変調手段と結 合させて使用することができる。変調は空間的に行っても良いが、ビ−ムを時間 的に変調し、フィルタリング手段は検出器の出力を時間的にフィルタリングする ほうが好ましい。変調手段としては、チョッパーが好ましい。時間的な変調手段 を使用する利点は、電子的フィルタリング手段を有するように分析装置を変える に際して、回路あるいはソフトウェアの変更を別にすれば何等変更を要しないこ とである。

検出器の出力の電子的フィルタリングと変調手段との結合は、変調手段の平面に 開口を配置することと同様であるとして考えることができる。

簡単にするために、（機械的であろうと電子的であろうと）開口を、φＸあるい はφｙ力方向ように、一方向にのみ移動可能とする。

同じ分析装置として、電子的及び機械的の両方の開口の組み合わせから構成する ことも可能であることが理解されよう。好ましい組み合わせは、異なるφγ値を 存する一以上のビーム部分を識別するように配向された機械的に固定又は移動可 能な開口と、異なるφχ値を存するビーム部分を識別するように配向された移動 可能な電子的開口とからなるものである。なぜならば、より大きな移動速度がφ Ｘ方向には要求され、時間的変調手段をφＸ方向に使用するほうが有利だからで ある。

開口は両方向あるいはいくつかの方向に移動可能であっても良い。もし２以上の 方向に移動可能とするのであるならば、当該開口を、個々には固定されているが 異なった方向に並進させることのできる複数の開口から構成することもできるし 、移動及び回転可能な一つの開口で構成することもできる。開口は、入射ビーム に対して実質的に垂直な平面内で移動可能であることが好ましい。

特に巾の狭い照射ビームを採用している多くの基本的な分析装置においては、物 体の完全な屈折率プロフィールを得るためには、当該物体を横切るようにビーム を動かさなければならないことが理解されよう。これは、物体あるいは照射手段 のいずれか一方を動かすことにより達成することができる。しかしながら、照射 手段に対して一定の配置に検出器を維持することが好ましいので、もしそうであ るならば、装置の簡単化のためには、物体を移動させるほうが有利である。どち らの場合においても、ビームが物体に対して固定されているときにのみ、開口が 移動可能であるほうが簡単化のためには好ましい。

開口自体は、細長いものが好ましく、長方形のものが一層好ましい。長さよりも 正確な巾を有する開口のほうが、ビームの部分を識別するのに非常に有効である 。前述したように、開口は機械的なものでも電子的なものでもかまわない。機械 的なものであれば、スリット板から構成することが好ましい。

開口は、回折が起こらないときには全ビームを、回折が起こる場合にはビームの ある部分のみを、丁度受けるだけの大きさが好ましい。開口は、一つの回折次数 に属するビーム部分の実質的に全てを受けるに十分な大きさであり、他の回折次 数に属するビーム部分を阻止するほどに十分小さいことが好ましい。

開口は、調整可能な間隙を有しているのが好ましい。これにより、異なる測定条 件に適合するように開口を構成し、自動調節を行うことが可能となる。特に、こ れにより、開口は、所定のビーム部分を正確に受けることが可能となる。

さらに、これにより、一つのビーム部分（すなわち、一つの回折次数）の異なる 部分の相対強度や、全ビームプロフィールの相対強度さえも測定することが可能 となる。このことは、物体に関する以下のような有用な情報を与えてくれる。

良く知られているように、回折格子の一つの層の性質は、回折次数の形状と全体 の相対強度を決定する。このことは、回折モノクロメータにおいて、最大光強度 が０次よりも高い回折次数に現れることを保証している。これを達成する回折格 子の特性を、ブレーズ角と呼んている（前記ロングバーストの第１２章参照）。

このようにして、物体領域から発生する各々の次数の回折ビームの形状及び相対 強度の情報から、照射されている一つの層の屈折率の性質を推論することが可能 となる。この層は、製造中に、ドープされたシリカ粒子が熱いガスから比較的冷 たい母材表面に堆積することにより形成されたものである。この層の正確な性質 は、温度、ガス組成や母材の移動を含めて多くの因子によって決定される。例え ば、大きな屈折率変化を有する層は、屈折率を調節するために使用されるドーパ ント材料の幾らかが、最初は堆積したとしても、堆積サイクルの間に発生した過 度の温度により蒸発したことを十分に示しているであろう。一つの層の細部は、 堆積時の条件の記録となっており、したがって、母材全体を通しての層構造は、 当該母材の製造条件の記録を含んでいる。この記録は、品質制御のために、すな わち、最適の母材特性が得られるように堆積条件を調整する手段として、使用す ることができる。

本発明は、この記録に関する細部を決定する手段を提供するものであり、母材製 造に利用できるものである。

開口の間隙は、実質的に開口の移動方向に沿って調整可能であるものが好ましい 。例えば、開口が細長いものである場合、開口はもちろんいろんな方向に調整可 能とすることはできるが、開口の長さよりもむしろ巾が調整可能であるものが好 ましい。

本発明の別の観点によれば、照射ビームを発生する照射手段、物体を透過した後 の照射ビームを検知する検出器、当該物体を照射手段と検出器との間に保持する 手段、検出器の出力を選択的に制限するフィルタリング手段からなり、当該フィ ルタリング手段は、物体から射出するビームの複数の明瞭な部分を識別できるよ うに調整可能である、光ファイバや光フアイバ母材のようなほぼ円柱状の透明物 体の光学的特性を測定するための横型分析装置が提供される。

本発明のこの観点に関係して使用されているように、「明瞭（ｄｉｓｔｉｎｃｔ ）Ｊ　という用語は、ビームの、分離した強度ピーク（あるいは谷）を有する部 分を内包している。

本発明のこの観点は、回折が起こる母材においては、種々の回折次数の偏向角及 び強度は、層の構造及び大きさによって決まるという発見に基づいている。した がって、本発明は、母材の構造に関する重要な情報を得るために、種々の回折次 数の偏向角及び強度を分析する方法を提供するものである。本発明によれば、ビ ームのある部分を受け入れ他の部分を阻止するようにフィルタリング手段を調整 することにより、物体から射出するビームの特定の部分を選択することが含まれ る。位置情報や強度のような、ビームの種々の特性を測定することが可能となる 。

さらに、ＶＡＤ母材のみならず、多くの薄膜層から構成され軸方向に屈折率変動 を存していない他の母材においても、簡単な回折格子の理論が異なる回折次数の 角度分離に適用できるという今回の発見は、本発明のこの観点と組み合わせるこ とにより、０次（あるいは他の次数）の位置情報を得るのに使用することができ る。このことは、特に、所定の回折次数が全て実質的にφＸ方向に整列している が、０次ビームが測定に足る強度を有していないときに有用である。

本発明の分析装置は、さらに、検出器の出力に接続されかつ前記複数の明瞭な部 分に関する出力情報を処理するための処理手段を有しているのが好ましい。

ビームを回折するＶＡＤ母材のような物体とともに使用される場合には、本発明 の分析装置は、一つの回折次数に属するビーム部分が識別できる位置から、異な る回折次数に属するビーム部分が識別できる少なくとも他の一つの位置に移動す ることが可能な開口を含んでいるのが好ましい。

このようにして、全ての回折次数が識別できるようにすることが有利であるが、 そうでない場合には、上記一つの次数は０次であることが好ましい。

本発明の分析装置は、さらに、開口平面上でビーム部分を分離する手段を有して いるのが好ましい。回折が起こった場合、好ましくはレンズのような光学素子の 形態の）これらの分離手段は回折パターンの異なる次数の光を分離し、その結果 それらの光は光学系内のある場所、特にほぼ開口のある場所において、異なる空 間的位置を占めることとなる。

さらに別の観点から、本発明は、照射ビームを発生する照射手段、当該物体を透 過した後の照射ビームを検知する検出器、物体を照射手段と検出器との間に保持 する手段、照射ビームを受けるために載置された（好ましくは非対称レンズ、さ らに好ましくは円柱状レンズからなる）フォーカシング手段、ビームのある部分 を識別するに適した開口５からなり、当該フォーカシング手段は、物体と開口の 間に設置されかつ開口の平面内に非対称的にビームを焦点合わせするように配置 されている、光ファイバや光フアイバ母材のようなほぼ円柱状の透明物体の光学 的特性を測定するための横型分析装置を提供するものである。

本発明のこの観点に従えば、回折されたビームの異なる部分を、一方向に、より 拡張する手段を提供するものである。これにより、開口は、当該具なる部分をよ り明確に識別することが可能となり、その結果、開口の移動に要求される精度が 緩和され、物体や（使用する場合には）他のフォーカシング手段と開口との距離 を小さくすることが可能となる。

本発明のこの観点に関連して使用されているように、［焦点合わせ（ｆｏｃｕｓ ）　Ｊ及びｒフを一カシング（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）ｊという用語は、フォーカシ ングや拡張の程度を変えることを意味するものとして広く使用されている。

フォーカシング手段は、φＹ方向よりもφＸ方向に、より鮮明にビームを焦点合 わせを行うものが好ましい。実際、フォーカシング手段は、開口平面においてφ Ｘの全ての変化を除去さえするかもしれない。特に、ＶＡＤ母材においては、異 なる回折次数の識別を容易にするために、φｙ力方向回折ビームを拡張する方が 有効である。

好ましくは、円柱レンズを使用し、その長さ方向の軸がφｙ力方向向くように配 置すれば、０でないφｙを存するビーム部分が最大限床がる一方で、本発明の分 析装置の測定機能はφＸ方向においても保持することができる。本発明のこの有 利な観点を最大限に利用するためには、固定されたものであると移動可能なもの であろうと開口を、検出器に近づけてお（か、あるいは実際に検出器の面内に置 くことか好ましい。一つの円柱レンズを配置する代わりに、レンズを組み合わせ て使用することもできる。特に有効な一つの組み合わせは、物体と開口の間に球 面レンズ系を配置し、開口と検出器の間に円柱レンズ系を配置することである。

このように一つの円柱レンズの機能を分離することにより、より大きな柔軟性が 設計において生じ、比較的低品質の円柱レンズでも使用可能となる。

本発明の分析装置は、さらに、照射手段と物体との間に設置されかつ非対称的に 物体にビームを焦点合わせをするように配置された第二のフォーカシング手段を 有することが好ましい。また、第二のフォーカシング手段は、第一のフォーカシ ング手段と協同して、ビームを同一方向に焦点合わせ（及び拡張）をすることが 好ましい。第二のフォーカシング手段は、物体の長さ方向の軸方向よりもその軸 に直角な方向に、ビームをより明瞭に焦点合わせを行うほうが、さらに好ましい 。このことは、物体が軸方向に変化する層構造を有している場合、φｙ力方向良 く分離された狭い回折次数を発生させるのに特に有利である。

検出器は、ここで記述するように、種々の形態のものを使用することができるが 、そこに入射するビームあるいはビーム部分の強度を測定できるものが好ましく 、また有利である。なぜならば、ビームの異なる部分の相対強度を測定すること は物体の特性を分析する上で役立つということが、現在発見されたからである。

強度測定のみか可能な検出器の場合には、ビームの測定したい部分の全てを検出 するに十分な大きさの感知領域を有しているものが好ましい。

そのときには、開口は検出器に対して移動可能であることが好ましい。本発明の 分析装置は、さらに、ビームの異なる部分を、その偏向量（例えばφＸ）に従っ て符号化する変調手段を有していることが好ましい。検出器がより小さな感知領 域しか有していない場合には、開口が受ける全ての光がその感知領域に入射する ように、開口とともに移動可能であることが好ましい。

本発明の分析装置は、さらに、一つの回折次数に属するビーム部分に関する位置 情報を、他の回折次数に属するビーム部分に関する位置情報から計算するための 、内挿及び外挿手段を有していることが好ましくかつ有利である。なぜならば、 今回の発見の一つによれば、ある母材においては、０次ビーム部分あるいは実際 に他の次数のビーム部分の強度は小さいかあるいは事実上零のときがあり、その ようなときには、明らかに当該ビーム部分の位置は測定不可能である。しかしな がら、一般に、種々の回折次数におけるφＸ対φｙを座標で示すと、小さな回折 角に対しては事実上直線となり、その結果、ある回折次数に関する位置情報は、 他の２つ（あるいはそれ以上）の次数の直線的な内挿あるいは外挿により推定す ることが可能となることが、今回発見されている。

特に、０次ビームに関する情報が必要なときには、このビームは一般にφχ輪軸 上あるので、上記内挿及び外挿手段は、０次の正確な位置を推定することか可能 となる。

本発明の分析装置は、さらに、開口と対をなしかつ開口の位置を測定するための 測定手段を存することが好ましい。

そうすれば、本発明の分析装置は、特定の平面（例えば、照射ビームの識別を行 おうと思う平面）内における回折次数の分離度合を測定することが可能となる。

この分離度合は物体に関する有用な情報を引き出す上で役に立つことが、今回発 見された。特に、層の厚さが回折次数の角度分離を決定し、入射ビーム径の中の 層の数が角度中を決定し、正確な強度は個々の層内の細かな屈折率変化に依存し ていることが判明した。したがって、母材から発生する回折次数の分離度合を母 材半径の関数として測定することにより、母材内の層厚の変化に関する情報を得 ることができる。製造プロセスの知識と結び付けた場合、この情報により、堆積 表面の等高線を計算することが可能となる。これは製造プロセスの制御に重要で あり、例えば、ケー、イモト（Ｋ。

Ｉｍｏｔｏ）等により１９８８年９月の「光波技術会報（Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　 Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｊ第６巻第９号第１３７６乃至 １３８５頁に議論されている。堆積層表面の等高線（この文献では［底部の形状 」という言葉と関係している）は、ガラス状に焼結した後の母材に対しては以前 使用されたことのない新しいパラメータである。

本発明は、また、物体の軸に実質的に垂直となるように照射ビームを物体に照射 する段階、物体から射出しかつ選択された回折次数に対応したビーム部分を識別 するように開口を移動する段階、及び当該ビーム部分を検出する段階から成る、 照射ビームを複数の回折次数の光に回折する光ファイバや光フアイバ母材のよう なほぼ円柱状の透明物体の光学的特性を分析する方法を提供するものである。

開口平面内の種々の回折次数を連ねた線が直線である場合には、その直線に垂直 な方向を除いた任意の方向に開口を移動させることができるが、その直線に実質 的に平行な方向、あるいは簡単に、φｙ又はφＸ方向のいづれかに移動させるこ とが好ましい。

照射ビームは、物体の径に比べて狭いほうが好ましく、本発明の分析方法は、さ らに、移動及び検出段階の前に物体を横切るようにビームを移動させる段階を有 するほうが好ましい。複数の回折次数に対して移動及び検出段階を繰り返して行 わない場合には、ビームの移動にともない一つの特定の回折次数が探知される。

物体が軸方向の屈折率変動を有している場合で、物体上の半径方向の複数の位置 における選択された回折次数に関する情報を得るために本発明の分析方法を使用 するのであれば、開口は、実質的にφＸ方向に長軸が揃っている細長い開口であ ることが好ましく、また、検出段階においては、開口を固定する一方で、物体を 横切るように当該ビームを移動することにより、選択された回折次数に対応する 複数のビーム部分を検出することが好ましい。

開口を実質的に固定しておくことにより、一連の測定を行う時間をかなり節約す ることが可能となり、また、本発明者の発見により、軸方向に屈折率変動を有す る物体において、照射ビームが物体に入射する半径方向の位置の如何にかかわら ず、特定の回折次数が常にただ一つのφγ値を取るようにすることが可能となる 。

本発明の種々の観点は、互いに組み合わせて実施することができることは明かで ある。

本発明を明白にする発見及び理論を、本発明の特定の実施例とともに、添付図面 に従って、実例をもって以下に説明する。

第１図は、φＸとφｙの定義を示すものであり、典型的で簡単なφＸ対φｙのプ ロットを示すものである。

第２図は、典型的なφＸ対φｙ及び軸方向に屈折率変動を有していない母材の種 々の回折ビームにおける強度プロットを示す。

第３図は、ＶＡＤ母材の内部構造及び典型的な回折パターンを示す。

第４図は、本発明の母材分析装置における第一実施例の側面からみた断面図であ る。

第５図は、第４図の母材分析装置の平面図である。

第６図は、第４図の分析装置に使用される開口の平面図であり、開口平面におけ る典型的な回折パターンがともに示されている。

第７図は、本発明の母材分析装置における第二実施例の側面からみた断面図であ る。

第８図は、本発明の母材分析装置における第三実施例の同様の図である。

第９図は、第四実施例の同様の図である。

第１０図は、開口の第一の変更例の平面図である。

第１１図は、開口の第二の変更例における光断続検出器及び固体検出器からの出 力を示す。

第１２図は、回折ビームの典型的な強度のプロットを示す。

第１３図は、開口の第二の変更例で要求される論理回路を示すブロック図である 。

第１ａ図は、母材の長さ方向の軸に直角な平面内におけるビームの屈折角φＸを 示している。第１ｂ図は、入射ビームと母材の長さ方向の軸を含む平面内におけ る屈折角φｙを示している。第１ｃ図は、簡単な母材におけるφＸ対φｙの典型 的なプロットである。

屈折率が円柱対称であり半径方向に完全に滑らかに変化している理想的な状態に おいては、入射ビームが入射するいかなる場所に対しても、φＸは一つの値を有 し、φｙは零となる。半径方向の屈折率が滑らかに変化しない場合、すなわち、 母材がビーム径よりも十分薄い複数の層から形成されている場合には、前述した ように、ビームは、回折を起こし、多くの異なる光路をどるように多くの回折次 数に分かれていくことが発見された。そのような回折次数が観察された、異なる 例を第２ａ図乃至第２ｅ図に示す。ここでは、０次光は、各々の例とも白丸で示 されている。特に興味深いのは、０次と１次の間にぼやけた状態が存在している 第２ｄ図と、０次が零強度である第２ｅ図である。

第３図は、軸方向に屈折率変動を有するＶＡＤ母材のような特定のタイプの母材 において見られる回折パターンの回転を示している。前述したように、回折パタ ーンの回転の度合いは、層表面の軸方向の傾きに直接関係している。

この図において、ｔは層の厚さを表しており、Ｓは０次と１次の間隔を表してい る。Ｓは、所定の位置における所定の層の表面の傾きによって定まり、φｙ力方 向おけるある次数と０次との間隔はｔに直接関係している。

ＶＡＤ製造プロセスの特徴は、母材が軸方向に一定の割合で成長し、母材を形成 するためにガラス煤が堆積する表面は、同じ形に保持されなければならないこと である。そうでないと、母材は、異なる半径方向の位置で異なる割合で成長し、 堆積プロセスを非常に複雑にしてしまい、うまくいかなくなる。したがって、母 材の長さ方向の層の間隔は、母材全体を通じて実質的に一様である。φｙ力方向 回折次数の間隔は、照射ビームの半径方向の位置に無関係であり、その結果、各 々の回折次数は、第３図に示されるように、φｙが一定の軌跡上に存在すること が発見された。

特定の回折次数の位置を他の回折次数の位置情報から決定するに必要な理論を以 下に説明する。アール、ニス、ロングバーストは、１９６７年ロングマンズにお いて発行さ、れた［幾何及び物理光学ｊ　（第二板）で、以下のことを教示して いる。

回折格子においては、 ｄキ５ＩＮ（Δφ）＝Ｐλ／ｎ が成立する。ここで、 ｄは層の厚さであり、 Δφは入射ビームからの偏向角、 ｐは回折次数であり整数、 λは光の波長、 ｎは媒体の屈折率である。

任意の回折次数におけるφ値は、他の任意の２つの回折次数における値から以下 のようにして予測される。ｐが知りたい次数であり、ｌ及びｍが既知の次数であ る場合、６章５ＴＮＣφｐ　−φ）　＝ｐ　λ／ｎｄ＊５ｒＮ（φＩ−φ）＝ｌ 　λ／ｎ ｄｉｓＩＮ（φｍ　−φ）　＝ｍ　λ／ｎが成立する。ここで、φは回折格子に 入射するビーム角であり、回折格子の平均値を表す。それはまた、０次光の角度 でもある。φｐ、φｍ及びφｍは、各々、回折次数ｐ、■及びｍにおける実際の 偏向角である。

したがって、 ｍ１ｓＩＮ（φｍ　−φ）　＝ｔｔＳｒＮ（φｍ　−φ）が成立し、ここからφ がめられる。

ｐ・０すなわち０次に対しては、これで良い。特に、小さな偏向角に対しては、 φｍ（Ｉｔ　φｍ　−ｍ零φ１）／（１−ｍ）しかしながら、０でないｐ　（す なわち０でない次数）に対しては、 φｐ　＝φ　＋ＡＳＮ（（ｐ／ｍ）本５ＩＮ（φｍ　−φ））となる。

φＸ及びφｙに対して同等の表現が存在し、それらは偏向ビームのｘ−ｙ平面へ の投影となる。　例えば、ｘｄ＊５ＩＮ（φｘｐ−φ）＝ｐλ　（ｖ）である。

ここてｘｄは層厚のφＸ方向への投影値であり、また、 ｙｄ零５ＩＮ（φｙｐ−φ＞＝ｐλ　（ｖｉ）である。ここでｙｄは層厚のφｙ 力方向の投影値である。

このように、同等の方法により、０次のφχ値を他の２つの次数のφχ値から推 測することができる。

ある次数の位置を判断することが可能となる上記関係式を計算するためには、他 の２つの次数のみが必要とされるが、複数の回折次数の個々の独立した対から判 断を行い、最小自乗法のような手続きを利用して結果を修正し、最も適当な値を 選ぶほうが適切である。

（ｙｄ　／ｘｄ）比は、母材中の層の物理的な位置及び厚さによって決定される ので、一定である。このことは、方程式（Ｖ）及び（ｖｉ）の裏付けを成す。そ こでは、ｙｄ／ｘｄ比は選択された回折次数に無関係である。このようにして、 対となるφｘｐとφｙｐは、φＸ／φｙ平面内の軌跡の上に存在し、当該軌跡は 、層表面に垂直な回折平面内に存在する全ての光の軌跡と一致する。

ある場合には、母材内の層構造の性質として、光ビームが非常に拡散しながら広 がり、分離した回折次数としては明確には区別できないようなものがある。ビー ムは層表面に対して垂直に拡散されるという仮定のもとでは、φＸ及びφｙ対の 軌跡もまた、明瞭な回折次数における対と同じ軌跡上に存在する。したがって、 （φｙが零のときの）０次のφχ値は、測定されたφＸ、φγ値から軌跡を単に 外挿することにより、φχ軸との交点とφＸ及びφｙ平面内の軌跡の角度とから めることができる。これらは、移動開口を多数のφｙ位置に置くことにより、特 にそれに付随するφχ値を測定したり同一の回折次数を捜すことなしに、容易に 得ることができる。回折角が小さい場合には、軌跡は直線となり計算が特に簡単 となる。

堆積層表面の等高線は、母材中の−っの堆積層と、母材の長さ方向の軸を含む平 面との交線である。この形状は、製造中の堆積プロセスにおける母材表面を縮尺 した形状と正確に一致する。母材は、ドープされた多孔性ガラス煤の層として製 造され、堆積が終了すると、加熱焼結されて透明なガラス母材となるという事項 から、この縮尺が生ずる。

焼結プロセスは捕捉ガスを除去し、焼結の間に母材の径は減少し、したがって、 層表面形状の縮尺が起こる。

母材内の半径方向における任意の位置での回折次数の偏向する平面は、この位置 での層の傾きに垂直である。このことは、測定位置において母材は単純な回折格 子として振る舞うという回折モデルを想定することにより理解することができる 。

母材内の層の傾きｄｙ／ｄｘは、 ｄｙ／ｄｘ　＝ｙｄ／ｘｄ で与えられ、これは１．Ｌ記方程式（Ｖ）及び（ｖｉ）を、ｙｄ／　ｘｄ　＝　 Ｓ　ＩＮ（φｘｐ−φＸ）／５ＩＮ（φｙｐ−φＶ）　（ｖｉｉ）と同等とみな すことにより評価することができる。

回折次数の偏向角が小さな場合には、 ｙｄ／ｘｄ＝（φｘｐ−φＸ）／（φｙｐ−φｙ）　（ｖｉｉｉ）となる。

方程式（ｖ）　、（ｖｉ）および（ｖｉｉ）は任意の入射点Ｘとそれに対応する 測定角φＸ及びφｙとの間の数学的関係を与える。したがって、最低２つの回折 次数を測定することにより、半径方向の入射点Ｘにおける層表面の傾きを見積も ることが可能となる。また、表面形状は便宜的にはｙ　＝ｆ（ｘ）によって与え られるので、 を用いれば、 となり、ここでｙｄ／ｘｄは方程式（ｖｉｉ）あるいは（ｖｉｉｉ）によって与 えられる。

このようにして、堆積層表面の等高線ｆ　（ｘ）を数値積分から簡単に得ること ができる。

第４図は、本発明に係る母材分析装置における第一の比較的簡単な実施例であり 、照射ビーム１２を発するレーザ１０、第−及び第二の円柱レンズ１４．１６、 チョッパー１８、スリット開口２０、及びビーム１２を感知する固体検出器２２ から構成されており、全てがビーム１２の光路中にある。光フアイバ母材４の測 定においては、母材２４は、ビーム１２の光路内における第−及び第二の円柱レ ンズ１４．１６の間に存在する屈折率整合流体２８の浴槽２６中に配置される。

レーザｌＯは、波長が６３３ｎｍの光を放出するヘリウム・ネオンレーザであり 、（レンズ１４．１６、チョッパー１８、開口２０及び検出器２２を含む）残り の光学系と一緒に、照射ビーム１２に対して略垂直な方向に母材２４に対して移 動可能であり、母材２４の全厚さを照射することがてきるようになっている。

チョッパー１８は、例えば、英国特許第２０７１３１５号明細書に開示されてい るように、不透明及び透明部分が交互する回転円盤の形態をした、モータ３２に より回転可能なチョッパーブレード３０からなっている。光断続検出器３４は、 チョッパーブレード３０に対して固定した位置に配置され、タイミング装置３６ に参照信号を発生する。

第−及び第二の円柱レンズ１４及び１６は、それらの長さ方向の軸が母材２４の 長さ方向の軸と一致するように載置される。レンズ１６の非対称性は、開口２０ の平面内において、φｙ力方向りもφＸ方向にビーム１２を焦点合わせするため に使用されるものであり、その結果、φＸ／φｙ平面は、開口２０平面（検出器 ２２の平面）内のφγ軸の方に押しつぶされている。したがって、φＸ方向に移 動可能な開口は、検出器２２の平面上に配置するはてきず、焦点面５０のような 他の平面上に配置されなければならないことが理解されよう。

第６図において、開口２０は、不透明板３８中に形成されており、モータ制御に よる公知のマウントにより、開口の平面内において移動可能である。板３８は、 開口２０の長さ方向の軸に垂直な方向を含めて、任意の方向に移動可能である。

さらに、開口２０は、その巾が変更可能である。

これは、板３８を２つの部分に分離し、モータ制御でその各々を近づけたり離し たりするように移動させることにより達成される。

あるいは、板３８を移動可能としたり開口２０を分離可能とする代わりに、板３ ８の平面内であってかつ開口２０の長さ方向の軸と垂直な方向に移動可能な２つ の部分で開口２０を形成し、板３８はその平面と垂直な軸の回りに回転可能とす ることにより、開口の移動と分離を行うこともできる。

固体検出器２２は、第３図に示すように、ビーム１２の領域に比較して大きな感 知領域をその表面に有している。

検出器２２は、タイミング装置３６に情報を伝達する。

動作を説明すれば、レーザｌＯからのビーム１２は、第一の円柱レンズ１４によ り母材２４の中心面４０に伝えられる。母材２４から射出するビーム１２の一部 分は、第二の円柱レンズ１６により開口２０を通って検出器２２上に焦点合わせ される。

第４図及び第６図に例示される特定の場合においては、母材２４は軸方向に屈折 率変動を有するような典型的のＶＡＤ母材であり、０次ビーム部分４２及びより 高次のビーム部分４４は、φｙ力方向は分離しているがφＸ方向には分離してい ない。開口２０の長さ方向の軸は、φＸ方向を向いており、０次ビーム部分４２ は受け入れるが高次光４４は阻止するように配置されている。０次ビーム部分４ ２のφＸ偏向角４６はレンズ１６の焦点面５０におけるビーム部分Ｉ２の位置４ ８から計算される。検出器２２と光断続検出器３４からの一定の参照信号により 得られるような、チョッパーブレード３０がビーム部分１２と交差する時間差を 決定するタイミング装置３６により、この位置４８は測定される。したがって、 チョッパー１８は、位置４８を実質的に時間差として符号化する。０次ビーム部 分４２のみの測定が要求される場合には、開口２０は移動可能とするよりは固定 すべきであることが理解されよう。

母材２４の軸方向の屈折率変動は、例えば、１９８０年のエレクトロニクス・レ ターズ第１６巻第６号第２１９乃至２２１頁に記載されている理論により、０次 ビーム部分４２のφＸ偏向角４６から計算される。

０次ビーム部分４２を受け入れる位置からより高次のビーム部分４４を受け入れ る位置への、開口２０の直線的な移動を測定することと、平面４０と開口２０の 平面との間の直線距離の情報とにより、回折次数の分離角５２は決定される。

第一のレンズ１４は、円柱形である必要はないけれども、円柱形でない場合には 、光を検出器２２に集めるためには、第７図に示されるレンズ２１６のように同 じ機能を満たす別の円柱レンズが必要となる。この場合、回折次数の角度分離の 計算は、付加されたレンズのパラメータに依存し、φｙ力方向識別は、レンズ１ ４が円柱形のときよりも困酩となる。レンズ１４が円柱状であることの主な利点 は、上記利点を別としても、ビームが、軸方向に比較的広いが（典型的には１ｍ ｍ）、半径方向には狭く（典型的には２５μｍ）なることである。回折次数の狭 さはビームにより照射される層の数によって決定される。したがって、円柱レン ズ１４により生み出される非対称ビームによって、母材２４が軸方向に変動する 屈折率の層構造を有する場合には、φｙ力方向は良く分離された狭い回折次数が 発生する一方で、φＸ方向の光学的分解能が向上する。このことにより、開口２ ０による回折次数の識別が容易となり、開口２０の構造的な許容誤差が緩和され る。

第二の円柱レンズ１６の目的は、φＸ方向の測定機能を保持し、かつより高次の ビーム部分４４をできるだけ拡張して、焦点面５０と開口２０との距離及び開口 ２０の移動精度への要求を最小にすることである。

本発明は、種々の異なる横型母材分析装置に具現化することが可能であることが 理解されよう。好ましい分析装置は２つの主なコンポーネントからなる。すなわ ち、長さ方向の軸に対して実質的に直角に母材を照射する手段と、母材から射出 する屈折光の角度を測定する手段である。そのような分析装置の３つの一般的な 種類を、本発明の第二、第三及び第四の実施例として、それぞれ第７図乃至第９ 図を参照しながら、以下に説明する。簡単にするために、母材の異なる半径方向 の位置を選択するために母材あるいは光源を移動する手段、及びチョッパー１８ の位置は、図示されていない。それぞれの図において、同様の部材には同様の参 照番号が付されている。

第７図に示される第二の実施例においては、光源２１は狭い光ビームを供給し、 レンズ２１４及び２１５は球面状でも、円柱形状でも、あるいは省略されても良 く、レンズ２１４も円柱状あるいは省略されても良い。検出器２２２は、受光す る光を１次元あるいは２次元的に識別するものであれば、いかなる形態のもので も良（、レンズ２１５が存在する場合にはそこから任意の距離に配置することが できるが、レンズ２１５の焦点面２５０に配置することが好ましい。レンズ２１ ４．２１５を球面状とし、円柱レンズ２１６を円柱状とし、検出器２２２を焦点 面２５０に置かれた一次元位置センザとした分析装置は、エル、ニス、ワトキン ス（Ｌ、Ｓ、　Ｗａｔｋｉｎｓ）により「応用光学（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉ ｃＳ）Ｊ第１８巻第１３号（１９７９年７月１日発行）第２２１４乃至２２２２ 頁に開示されている。レンズ２１４．２１５を球面状とし、レンズ２１６を省略 し、検出器２２２を焦点面２５０に置かれたテレビカメラ表面とした分析装置は 、特開昭６３−９５３３６号公報に開示されている。

第８図に示される第三の実施例においては、レンズ３１４．３１５及び３１６は 、球面状でも、円柱状でも、あるいは省略されても良く、レンズ３１６は円柱状 であるかあるいは省略されても良い。検出器３２２は、測定に関係する光の全て を捕捉するに十分な領域を有し、空間的に識別することが可能な、単一の光感知 表面である点で、第二の実施例と異なっている。ビーム１２の屈折角φＸは、ビ ーム１２を空間的もしくは時間的に変調することにより測定される。

空間変調は、ナイフェツジ３２９を使用することにより達成される。当該ナイフ ェツジは、実際上は、母材２４と検出器３２２との間の光路上のどこに置いても よいが、好ましい位置は、レンズ３１６の焦点面３５０である。ナイフェツジ３ ２９は、検出器３２２に到達するビーム１２をある程度、例えば最大強度の半分 だけ阻止するように、動かされる。このナイフェツジ３２９のφＸ方向における 位置は、屈折角を算出するために使用される。

時間変調は、周期的に動くナイフェツジに実質的に類似する、回転チョッパー３ ３０により達成される。チョッパー３３０の作用は前述した。

第９図に示される第四の実施例は、光源が広いビームを有していて典型的にはイ ンコヒーレントであり、母材２４の測定部分の選択は、球面状あるいは円柱状の レンズ４１５からなる結像系と、少なくともφＸ方向には小さな単一の光感知表 面を有する検出器４２２とによって行われるという特徴を有している。第三の実 施例の場合と同様に、φＸは時間的又は空間的変調により測定される。

開口２０は、第二、第三あるいは第四の実施例において、母材２４と検出器２２ ２．３２２あるいは４２２との間のほぼどの位置に配置しても良い。第二の実施 例における好ましい位置は、レンズ２１５と２１６との間である。第三及び第四 の実施例において好ましい位置は、各々、レンズ３１５及び４１５が球面状の場 合には焦点面３５０．４５０であり、レンズ３１５及び４１５が円柱状である場 合にはレンズ３１６及び４１６の近くであり、レンズ３１６及び４１６が省略さ れる場合には検出器３２２及び４２２の近くである。

第三及び第四の実施例は、２次元のスクリーンの分解能に依存せず、潜在的によ り大きな精度を有する時間的あるいは空間的変調手段に依存しているので、第二 の実施例に比べて、正確な測定に対する大きな潜在能力という観点から、有利で あることが理解されよう。

開口の第一の変更例が第１０図に示されている。開口５２０は、３つの異なる方 向に向いた独立した開口５２２から実質的に構成されており、各々は、個々の開 口５２２の長さ方向の軸に垂直な方向に移動可能ではあるが回転できない半分の 板５２４．２つから形成される。第３図に示される第一の実施例の開口２ｏは、 任意の方向に移動可能（したがっていかなる方向にも実質的に回転可能）であっ たが、この第一の変更例においては、開口５２０は、実質的に３つの定まった方 向にのみ移動可能である。２つの個々の開口５２２を開ききってしまい、１つの 開口を閉じようとすることにより、一つの特定の方向が選択される。また、互い に直交する２つの個々の開口に変更することも可能であることが理解されよう。

開口の第二の変更例は第１１図及び第１２図に示されている。第一の実施例及び 第二の変更例における機械的な開口は、ビームが検出器により検出する前にビー ムを処理している。第二の変更例は、電子的な開口を提供するものであり、ビー ムが検出器により検出された後にビームを処理するものである。電子的な開口は 、本質的には、第一の実施例におけるチョッパー１８、検出器２２及びタイミン グ装置３６を使用するが、当該実施例におけるタイミング装置３６中の回路を適 宜修正しなければならない。

概略を説明すれば、チョッパー１８はビーム１２を時間的に符号化し、検出器２ ２は時間的に符号化されたビーム１２を信号に変換し、タイミング装置３６は特 定の時間間隔だけ当該信号を遮るように修正される。この時間間隔は開口の巾に 対応している。このようにして、開口がチョッパー１８の平面内に存在するよう に考えることができる。

第１１図を用いてもっと詳細に説明すれば、第１１ａ図に示される参照信号６１ ０は、第一の実施例の光断続検出器３４により発生されたものである。もし、チ ョッパー！８に入射するビーム１２がφχ輪軸上あり、第１２ａ図に示されるよ うな形状をしているならば、チョッパー１８はこのビーム１２を時間的に符号化 し、検出器２２により第１１ｂ図中の線Ａによって示される信号に変換される。

時間Ｔは、例えば、英国特許出願公開第２０７１３１５号明細書に記載されてい るように、ビーム１２の偏向角の尺度となる。しかしながら、ビーム１２が明瞭 な回折次数に分割される場合には、第１２ｂ図に示されるように、検出器２２か らの信号は第１１ｂ図中の線Ｂによって示される形となり、この場合には、はも はや時間間隔Ｔによってはビーム偏向の測定を行えない。

電子的に移動する開口は、線Ｂて示される信号を、空間的な開口の場合における エツジと類似の時間でオン及びオフに切り換えることにより作動する。これは、 回路あるいはソフトウェアにより達成することができる。信号の時間部分は、機 械的な開口を移動することにより空間中で光ビームの一部を選択したのと類似の 方法で選択することが可能である。例えば、第１１ｂ図の信号Ｂの異なる部分を 選択して、第１１ｃ図の信号Ｃや第１ｉｄ図の信号りを得ることが可能である。

信号Ｃ及びＤの形状は、第１１ｂ図中の信号へに対して使用されたものと全く同 一の信号処理及び計算手段により処理することができるようなものである。

本実施例の開口を実施するための回路を以下に説明する。

数学的には、第１１ｂ図の信号Ｂを第１ｉｄ図の信号りに変換するための開口回 路に要求されることは、以下の方程式の組によって記述される。ここでＶ　１ｎ （ｔ）は検出器２２からの信号でありかつ開口回路に入力される電圧である。

Ｖｏｕｔ（ｔ）は開口回路からの出力電圧である。

時間間隔ｔｌからｔ２に対して： Ｖｏｕｔ（ｔ）−Ｖｉｎ（ｔ）　−Ｖｉｎ（ｔｌ）　（ｉ）時間間隔ｔ２からｔ ３に対して： Ｖｏｕｔ（ｔ）＝　Ｖ　１ｎ（ｔ２）　−Ｖ　１ｎ（ｔｌ）　（ｉｉ）時間間隔 ｔ３からｔ４に対して： Ｖｏｕｔ（ｔ）＝Ｖｉｎ（ｔ）　−Ｖｉｎ（ｔ３）＋Ｖｉｎ（ｔ２）−Ｖｉｎ（ ｔｌ）（ｉｉｉ） 時間間隔ｔ４からｔ５に対して： Ｖｏｕｔ（ｔ）＝Ｖｉｎ（ｔ４）−Ｖｉｎ（ｔ３）＋Ｖｉｎ（ｔ２）−Ｖｉｎ（ ｔｌ）、（ｉｖ） あるいは、Ｖｏｕｔ（ｔ）＝０ なせならば、Ｖｉｎ（ｔｌ）−Ｖｉｎ（ｔ２）＝　−（Ｖｉｎ（ｔ３）−Ｖｉｎ （ｔであるからである。

ｔｌ及びｔ２は、ビームに曝されるチョッパーブレード３゜のエツジにおける開 口のスタート時間と停止時間であり、ｔ３及びｔ４は、ビームを遮蔽するチョッ パーブレード３ｏの相補的なエツジにおける同様の時間である。

周知の類似の計算技術を使用することにより、第１３ａ図に示されるようにこれ らの方程式を処理することができる。Ｓｌ、　Ｓ２及びＳ３は開閉できるスイッ チであり、和記号は、符号をも考慮して入力信号の和を取ることを意味している 。

メモリあるいはホールドブロックは、典型的には第１３ｂ図に示されるようなも ので電気的に実行される。

第１３ａ図の開口回路の動作を、スイッチＳｌ、Ｓ２及びｓ３の状態が示されて いる第１ｉｅ図乃至第１１ｇ図を参照して以下に説明する。各々のスイッチは、 各々の制御信号の２つの値のうち高い値により閉じられる。時間ｔｌにおいては 、Ｓ３は閉じ、Ｓｌは開き、Ｓ２は閉じたままであり、ブロック旧の出力はＶｉ ｎ（ｔｌ）である。その結果、方程式（ｉ）が時間ｔ２まで実行される。時間ｔ ２においては、ｓ３が開くとき、ｓｌは開いたままであり、Ｓ２は開き、旧の出 力はＶｉｎ（ｔｌ）のままであり、Ｈ３の出力は値Ｖ　１ｎ（ｔ２）を取る。Ｈ ２の出力はＶｉｎ（ｔ）を取り、その結果、時間ｔ３まで方程式（ｉｉ）が実行 される。時間ｔ３においては、Ｓ３が再び開くとき、Ｓｌは閉じたままであり、 Ｓ２は閉じ、Ｈｌの出力はＶ　１ｎ（ｔｌ）のままであり、Ｈ３の出力はＶ　１ ｎ（ｔ２）のままであり、Ｈ２の出力はＶ　１ｎ（ｔ３）となる。その結果、方 程式（ｉｉｉ）が時間ｔ４まで実行される。

時間ｔ４においては、ｓ３が再び開くとき、Ｓｌは閉じ、Ｓ２は開いたままであ る。そして出力は方程式（ｉｖ）で要求されるように零となる。

時間ｔｌ及びｔ３は、参照信号６１０の後の特定の時間として決定され、プログ ラミングが可能なデジタルカウンタにより実行される。ｔｉ及びｔ３の値は、電 子的な開口を制御するコンピュータプログラムによって選択される。したがって 、開口のスタートエツジは参照信号６１Ｏに関連して決定される。開口の実質的 な巾すなわち時間ｔ２−　ｔｌ及びｔ４−ｔ３は、第二のプログラミング可能な カウンタによって決定される。巾の正確な値は、開口を制御するコンピュータプ ログラムにより選択される。スイッチｓ２及びｓ３の状態を選択する制御信号は 、Ｄ−エツジ・フリップフロップ回路とＮＡＮＤゲートのような標準的なデジタ ル論理回路によって導き出すことができる。

上記説明は、第１１ｂ図中の信号Ｂを導く２つの明瞭なビーム部分がある状態に 対して行っているが、回路は、相補的な立ち上がり及び立ち下がりエツジを有す る任意の波形に対して作動するので、チョッパーブレード３０によって遮断され る光ビームの形状を特徴づけるのに使用することができることが理解されよう。

電子的開口を固定しておく場合には、信号をオン、オフと切り換える時間を一定 に維持しておけば良いが、電子的開口を移動させる場合には、これらの時間を変 更する必要があることが理解されよう。また、前述したように、電子的開口は一 方向にのみ移動可能であり、当該方向はビームを通過するチョッパーブレードの 移動方向によって決定されることも理解されよう。他のところで説明したように 、普通、この方向はφＸ方向とすることが好ましい。

通常、φＸ方向のみの符号化は、チョッパーブレード３０に放射状のエツジを使 用することにより達成される。しかしながら、英国特許出願公開第２０７１３１ ５号明細書第７頁第７行に「マーク−スペース」比（“ｍａｒｋ−ｓｐａｃｅ” 　ｒａｔｉｏ）による符号化に対して記載されているように、φＸ及びφｙの両 方向で符号化するために、非放射状の、非直線状のエツジを使用することも可能 である。このようにして、φＸ及びφｙの両方向における識別のために電子的な 開口を使用することが可能である。

本発明は、純粋に例示として記述したものであり、本発明の範囲内において細か な修正が可能であることは、勿論明かであろう。

Ｆｉｇ、２ｂ　Ｆｉｇ、２ｃ。

平成０３年０５月１３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光ファイバや光ファイバ母材のようなほぼ円柱伏の透明物体の光学的特性を 測定するための横型分折装置であって、照射ビームを発生するための照射手段、 当該物体を通過した後に照射ビームを感知するための検出器、照射手段と検出器 の間に当該物体を保持するための手段、及び、検出器の出力を選択的に制限する ためのフィルタリング手段からなり、当該フィルタリング手段は、φｙ方向に屈 折された通過ビームの特定の部分のみを示す信号を検出器が発生するように調整 可能である分析装置 ２．請求の範囲第１項記載の分析装置において、フィルタリング手段が、実質的 にφｙ方向にのみ選択的にフィルタリングするように調整可能である分折装置３ ．光ファイバや光ファイバ母材のようなほぼ円柱状の透明物体の光学的特性を測 定するための横型分析装置であって、照射ビームを発生するための照射手段、当 該物体を通過した後に照射ビームを感知するための検出器、照射手段と検出器の 間に当該物体を保持するための手段、及び、検出器の出力を選択的に制限するた めのフィルタリング手段からなり、当該フィルタリング手段は、物体から射出す るビームの複数の明瞭な部分を識別するように調整可能である分析装置 ４．請求の範囲第３項記載の分析装置において、さらに、検出器の出力に接続さ れ、当該複数の明瞭な部分に関する出力情報を処理するための処理手段を有する 分折装置５．光ファイバや光ファイバ母材のようなほぼ円柱状の透明物体の光学 的特性を測定するための横型分析装置であって、照射ビームを発生するための照 射手段、当該物体を通過した後に照射ビームを感知するための検出器、照射手段 と検出器の間に当該物体を保持するための手段、及び、特定の信号のみを通すこ とにより透過ビームの選択された部分を識別することができるように検出器から の出力をフィルタリングするための手段からなる分析装置６．請求の範囲第５項 記載の分析装置において、物体と検出器との間に配置された変調手段を有し、当 該変調手段は、変調手段の平面内にあるビームを、検出器による検出のために位 置情報で符号化するためのものである分折装置７．請求の範囲第６項記載の分析 装置において、変調手段はビームを時間的に変調し、フィルタリング手段は検出 器の出力を時間的にフィルタリングする分析装置８．光ファイバや光ファイバ母 材のようなほぼ円柱状の透明物体の光学的特性を測定するための横型分析装置で あって、照射ビームを発生するための照射手段、当該物体を通過した後に照射ビ ームを感知するための検出器、照射手段と検出器の間に当該物体を保持するため の手段、照射ビームを受けるためのフオ−カシング手段（好ましくは非対称レン ズさらに好ましくは円柱レンズ）、及び、ビームの一部分を選択的に識別するの に適したフィルタリング手段からなり、当該フオ−カシング手段は、物体と検出 器との間に設置され、かつフィルタリング手段がビームの当該部分を識別するた めに作動する平面内にビームを非対称的に焦点合わせするように配置された分析 装置。 ９．請求の範囲第８項記載の分析装置において、フお−カシング手段は、φｙ方 向よりもφｘ方向により良く焦点合わせをする分折装置 １０．請求の範囲第８項又は第９項記載の分折装置において、フオーカシング手 段は、長さ方向の軸が実質的にφｙ方向を向いている円柱レンズである分析装置 １１．請求の範囲第８項乃至第１０項記載のいずれかの分析装置において、さら に、照射手段と物体の間に設置され、かつビームを物体に非対称的に焦点合わせ するように配置された第二のフオーカシング手段を有する分折装置１２．請求の 範囲第１項乃至第１１項記載のいずれかの分析装置において、使用される物体が ビームを回折し、一つの回折次数に対応するビーム部分を識別できる状態から、 異なる回折次数に対応するビーム部分を識別できる少なくとも他の一つの状態に 、フィルタリング手段が調整可能である分折装置 １３．請求の範囲第１項乃至第１２項記載のいずれかの分析装置において、フィ ルタリング手段は、回折がない場合にはビーム全体を受け、回折が起こる場合に はビームの一部分を受ける分折装置 １４．請求の範囲第１項乃至第１３項記載のいずれかの分折装置において、大き さが可変であるビーム部分を選択的に識別するように、フィルタリング手段が調 整可能である分析装置 １５．請求の範囲第１項乃至第１４項記載のいずれかの分折装置において、検出 器は強度が測定できるものである分析装置 １６．請求の範囲第１項乃至第７項記載のいずれかの分析装置において、さらに 、ビームの部分を識別するためにフィルタリング手段が作動する平面でビームの 部分を分離するための手段を有する分析装置 １７．請求の範囲第１２項記載の分析装置において、さらに、一つの回折次数に 対応するビーム部分に関する位置情報を、他の回折次数に対応するビーム部分に 関する位置情報から計算するための内挿及び外挿手段を有する分析装置１８．請 求の範囲第１項乃至第１７項記載のいずれかの分析装置において、さらに、フィ ルタリング手段に結合し、かつ選択的に識別されたビーム部分の位置を測定する ための測定手段を有する分析装置 １９．光ファイバや光ファイバ母材のようなほぼ円柱状の透明物体の光学的特性 を測定するための方法であって、物体の軸に実質的に垂直となるように照射ビー ムを物体に照射する段階、物体から射出する少なくとも一つのビーム部分を識別 するために、φｘ方向とは別の方向に開口を移動する段階、及び、当該ビーム部 分を検出する段階からなる方法 ２０．光ファイバや光ファイバ母材のようなほぼ円柱伏の透明物体の光学的特性 を測定するための方法であって、物体の軸に実質的に垂直となるように照射ビー ムを物体に照射する段階、物体から射出するビームの複数の明瞭な部分を識別す るために、φｘ方向とは別の方向に開口を移動する段階、及び、当該明瞭な部分 を検出する段階からなる方法 ２１．各々がそれぞれの回折次数に対応する複数のビーム部分に照射ビームを回 折する光ファイバや光ファイバ母材のようなほぼ円柱伏の透明物体の光学的特性 を測定するための方法であって、物体の軸に実質的に垂直となるように照射ビー ムを物体に照射する段階、物体から射出しかつ選択された回折次数に対応するビ ーム部分を識別するように開口を移動する段階、及び、当該ビーム部分を検出す る段階からなる方法 ２２．請求の範囲第２１項記載の方法において、移動及び検出段階が、複数の選 択された回折次数のために繰り返される方法 ２３．請求の範囲第２１項又は第２２項記載の方法において、照射ビームは物体 の径に比較して狭くなっている方法であって、さらに、移動及び検出段階の前に 物体を横切るようにビームを移動させる段階を有する方法２４．請求の範囲第２ １項記載の方法において、軸方向に屈折率変動を有する物体の複数の半径方向の 位置における、選択された回折次数に関する情報を得るために、開口は細長くそ の長さ方向の軸が実質的にφｘ方向を向いており、検出段階において、開口を実 質的に固定しておいて、物体を横切るように当該ビームを移動することにより、 選択された回折次数に対応する複数のビーム部分を検出する方法２５．請求の範 囲第１９項又は第２０項記載の方法において、物体から射出する選択された回折 次数に関する位置情報を得るために、移動及び検出段階において、複数のビーム 部分が識別されかつこれらのビーム部分に関する位置情報が検出される方法であ って、さらに、当該情報から選択された回折次数に関する位置情報を得るために 内挿又は外挿する段階を有する方法 ２６．請求の範囲第２１項記載の方法において、物体から射出する選択された回 折次数に対応するビーム部分に関する位置情報を得るために、移動及び検出段階 において、複数の回折次数に対応するビーム部分が識別されかつこれらの次数に 関する位置情報が検出される方法であって、さらに、当該情報から選択された回 折次数に対応するビーム部分に関する位置情報を得るために内挿又は外挿する段 階を有する方法 ２７．請求の範囲第２５項又は第２６項記載の方法において、選択された次数が ０次である方法２８請求の範囲第２１項記載の方法において、物体が複数の層か らなる構造を有しており、ＶＡＤ母材の堆積層表面の等高線を決定するために、 照射、移動及び検出段階において、複数の当該ビーム部分に関する位置情報が物 体の半径方向の位置の関数として決定される方法であって、さらに、それらの情 報から、複数の層の表面の傾きに関する情報を当該半径方向の位置の関数として 計算し、当該半径方向の関数として層表面の等高線情報を決定するために表面の 傾き情報を決定する段階を有する方法発明の詳細な説明