JP5518052B2 - 超音波のレーザ発生のための中空コア導波器 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年５月１５日に出願された米国仮特許出願第１２／１２１，５５９号の出願日に関する利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、レーザビームを伝送するための伝送システムに関する。

レーザ伝送システムの例示的な実施形態の概略図である。 図１のレーザ伝送システムを組み込むレーザ超音波検出システムの例示的な実施形態の概略図である。

以下の図面および説明において、同様の部品は、明細書および図面を通じて、それぞれ同一の参照番号で示される。図面は、必ずしも原寸に比例して表されていない。本発明のある特定の特徴は、縮尺を誇張して、あるいは、いくらか概略的な形態で拡大して示される場合があり、また、従来の要素の詳細の一部は、明確性および簡潔性を目的として図示されていない場合がある。本発明は、様々な形態の諸実施形態の影響を受けやすい。具体的な諸実施形態について、詳しく説明し図示するが、本開示は、本発明の原理に関する具体例とみなされるべきであり、本明細書に例示および記載されるものに限定することは意図しない旨を理解されたい。以下に論じられる諸実施形態の様々な教示は、所望の結果をもたらすために、別々にあるいは任意の好適な組合せで使用されてもよいことを十分に理解されたい。諸実施形態に関する以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照することによって、上述の様々な特性だけでなく、以下にさらに詳しく説明されるその他の特徴および特性が、当業者には容易に明らかになろう。

最初に図１を参照すると、レーザ伝送システム１００の例示的な実施形態は、レンズアセンブリ１０４の入力に動作可能に結合される出力を有するレーザビーム源１０２を含む。レンズアセンブリ１０４の出力は、第１の中空コア導波器１０６の入力に動作可能に結合される。第１の中空コア導波器１０６の出力は、光ファイバ１０８の一端に結合される。光ファイバ１０８の他端は、第２の中空コア導波器１１０の入力に結合される。第２の中空コア導波器１１０の出力は、レンズアセンブリ１１２の入力に動作可能に結合される。

例示的な一実施形態において、レーザビーム源１０２は、たとえば３から５ミクロンの範囲の赤外領域内の波長を発生させることができる、たとえばレーザビームなどの従来のレーザビーム源とすることができる。例示的な一実施形態において、レンズアセンブリ１０４および１１２は、レーザビームを収束させるのに好適な従来のレンズアセンブリとすることができる。例示的な一実施形態において、中空コア導波器１０６および１１０は、たとえば、金属、プラスチックおよびガラスの中空コア導波器のような従来の中空コア導波器とすることができる。例示的な一実施形態において、中空コア導波器１０６および１１０の直径は、光ファイバ１０８の直径と比べて非常に大きい。例示的な一実施形態において、中空コア導波器１０６および１１０の直径は、中空コア導波器の長さと光ファイバ１０８の開口数および直径とを考慮すると、レンズアセンブリ１０４および１１２に対して対向する位置の中空コア導波器の各端部において、ビーム１０２ａの直径よりも大きい。例示的な一実施形態において、中空コア導波器１０６および１１２の長さは、レンズアセンブリ１０４および１１２の焦点距離に対して有意であり、それにより、レーザビーム１０２ａの直径は、光ファイバ１０８の両端における直径と比べて、中空コア導波器のその各端部で著しく大きくなる。

例示的な一実施形態において、システム１００の動作中に、レーザビーム源１０２は、レーザビーム１０２ａを発生させ、次いで、レンズアセンブリ１０４によってそのレーザビーム１０２ａを収束させる。収束したレーザビーム１０２ａは次いで、中空コア導波器１０６を通過し、ファイバ１０８の一端に入り、通過する。ファイバ１０８の端部の他端から、レーザビーム１０２ａが出て、中空コア導波器１１０に入り、そこを通過する。レーザビーム１０２ａが中空コア導波器を通過して、そこから出ていく間に、レーザビームは拡散し、次いで、レンズアセンブリ１１２によって収束する。

ここで図２を参照すると、例示的な一実施形態において、システム１００は、レーザ超音波システム２００に組み込まれており、このレーザ超音波システム２００において、中空コア導波器１１０およびレンズアセンブリ１１２は、ワークピース２０４と相対的に中空コア導波器およびレンズアセンブリを制御可能に動かすための運動制御システム２０２に動作可能に結合される。また、従来の光検出システム２０６も、システムコントローラ２０８に動作可能に結合されるワークピース２０４に隣接して提供される。例示的な一実施形態において、運動制御システム２０２は、たとえば、ロボットアームを含むことができる。

例示的な一実施形態において、レーザ超音波システム２００の動作中に、システム１００をシステムコントローラ２０８によって操作して、レーザビーム１０２ａをワークピース２０４の表面上に収束させる。例示的な一実施形態では、システム２００の動作中に、運動制御システム２０２を操作して、ワークピース２０４の１つまたは複数の外側表面と相対的に中空コア導波器１１０およびレンズアセンブリ１１２を配置および配向されてもよい。ワークピース２０４の外側表面により反射された光エネルギーは次いで、光検出システム２０６により検出され、ワークピース２０４を検査するために、よく知られる方法でシステムコントローラ２０８によって処理される。ワークピースのレーザ超音波検査のためにレーザビームエネルギーを使用する設計および動作は、当業者によく知られていると考えられる。

本発明の範囲から逸脱することなく、上述のものに変更を行い得ることが理解されよう。さらに、空間的基準は、単に例示を目的とするものであり、上述の構造の具体的な配向または位置に限定するものではない。具体的な諸実施形態を図示し説明してきたが、本発明の趣旨および教示から逸脱することなく、当業者により修正を行うことができる。説明された諸実施形態は、例示的なものにすぎず、限定するものでない。多くの変形形態および修正形態が可能であり、それらは本発明の範囲に属する。したがって、保護の範囲は、記載された諸実施形態には限定されず、以下の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲は、特許請求の範囲の主題の全ての均等物を含む。

Claims (13)

1. レーザビームを伝送するためのシステムであって、
   レーザビーム源と、
   前記レーザビーム源に動作可能に結合される第１のレンズアセンブリと、
   前記第１のレンズアセンブリに動作可能に結合される第１の中空コア導波器と、
   前記第１の中空コア導波器に結合される光ファイバの一端と、
   前記光ファイバの他端に結合される第２の中空コア導波器と、
   前記第２の中空コア導波器に動作可能に結合される第２のレンズアセンブリと、
   を備え、
   前記第１の中空コア導波器の長さは、前記第１のレンズアセンブリおよび前記第２のレンズアセンブリの両方の焦点距離よりも長いものであって、前記第２の中空コア導波器の長さは、前記第１のレンズアセンブリおよび前記第２のレンズアセンブリの両方の焦点距離よりも長いものであり、
   前記第１の中空コア導波器の、前記第１のレンズアセンブリに隣接している側の一端における前記レーザビームの直径は、前記光ファイバの前記一端および前記他端における前記レーザビームの直径よりも大きいものであって、前記第２の中空コア導波器の、前記第２のレンズアセンブリに隣接している側の一端における前記レーザビームの直径は、前記光ファイバの前記一端および前記他端における前記レーザビームの直径よりも大きいものであり、
   前記第１の中空コア導波器の直径は、前記光ファイバの直径よりも大きいものであって、前記第２の中空コア導波器の直径は、前記光ファイバの直径よりも大きいものであるシステム。
2. 前記レーザビーム源が、３から５ミクロンの範囲の波長を有するレーザビーム源を備え
   る、請求項１に記載されるシステム。
3. 前記第２のレンズアレンブリが、前記レーザビームを表面上に収束させるように適合さ
   れ、光検出システムは、前記表面によって反射したエネルギーを検出するように適合され
   る、請求項１に記載されるシステム。
4. 前記第１の中空コア導波器および第２の中空コア導波器のうち少なくとも１つの長さが
   、前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリのうち少なくとも１つの焦
   点距離の約５から１００倍の範囲である、請求項１に記載されるシステム。
5. ワークピースに対して前記第２の中空コア導波器および前記第２のレンズアセンブリを
   制御可能に移動させるための、前記第２の中空コア導波器および前記第２のレンズアセン
   ブリに動作可能に結合される運動制御システムをさらに備える、請求項１に記載されるシ
   ステム。
6. レーザビーム源からワークピースにレーザビームを伝送する方法であって、
   第１のレンズアセンブリを使用して、前記レーザビームを収束させることと、
   次いで、前記レーザビームを、第１の中空コア導波器の、前記第１のレンズアセンブリ側を向いた一端部の中へ入れ、該第１の中空コア導波器を通し、かつ該第１の中空コア導波器の他端部から出して伝送することと、
   次いで、前記レーザビームを、光ファイバの一端の中へ入れ、かつこれを通して伝送す
   ることと、
   次いで、前記光ファイバの他端から前記レーザビームを出して伝送することと、
   次いで、前記レーザビームを、第２の中空コア導波器の、前記前記光ファイバの前記他端側を向いた一端部の中へ入れ、該第２の中空コア導波器を通し、かつ該第２の中空コア導波器の他端部から出して伝送することと、
   次いで、第２のレンズアセンブリを使用して、前記レーザビームを収束させることと、
   を含み、
   前記第１の中空コア導波器の長さは、前記第１のレンズアセンブリおよび前記第２のレンズアセンブリの両方の焦点距離よりも長いものであって、前記第２の中空コア導波器の長さは、前記第１のレンズアセンブリおよび前記第２のレンズアセンブリの両方の焦点距離よりも長いものであり、
   前記第１の中空コア導波器の、前記第１のレンズアセンブリに隣接している側の一端における前記レーザビームの直径は、前記光ファイバの前記一端および前記他端における前記レーザビームの直径よりも大きいものであって、前記第２の中空コア導波器の、前記第２のレンズアセンブリに隣接している側の一端における前記レーザビームの直径は、前記光ファイバの前記一端および前記他端における前記レーザビームの直径よりも大きいものであり、
   前記第１の中空コア導波器の直径は、前記光ファイバの直径よりも大きいものであって、前記第２の中空コア導波器の直径は、前記光ファイバの直径よりも大きいものである方法。
7. 前記レーザビーム源が、３から５ミクロンの範囲の波長を有するレーザビーム源を備え
   る、請求項６に記載される方法。
8. 前記第２のレンズアレンブリが、前記レーザビームを表面上に収束させるように適合さ
   れ、光検出システムは、前記表面によって反射したエネルギーを検出するように適合され
   る、請求項６に記載される方法。
9. 前記第１の中空コア導波器および第２の中空コア導波器のうち少なくとも１つの長さが
   、前記第１のレンズアセンブリおよび第２のレンズアセンブリのうち少なくとも１つの焦
   点距離の約５から１００倍の範囲である、請求項６に記載される方法。
10. ワークピースに対して前記第２の中空コア導波器および前記第２のレンズアセンブリを
    制御可能に移動させることをさらに含む、請求項６に記載される方法。
11. レーザ超音波システムであって、
    レーザビーム源と、
    前記レーザビーム源に動作可能に結合される第１のレンズアセンブリと、
    前記第１のレンズアセンブリに動作可能に結合される第１の中空コア導波器と、
    前記第１の中空コア導波器に結合される光ファイバの一端と、
    前記光ファイバの他端に結合される第２の中空コア導波器と、
    前記第２の中空コア導波器に動作可能に結合される第２のレンズアセンブリと、
    ワークピースに対して前記第２の中空コア導波器および前記第２のレンズアセンブリを
    制御可能に配置するための、前記第２の中空コア導波器および前記第２のレンズアセンブ
    リに動作可能に結合される運動制御システムと、
    前記ワークピースから反射した光学エネルギーを検出するための、前記ワークピースに
    隣接して配置される光検出システムと、
    前記レーザビーム源、前記運動制御システムおよび前記光検出システムの前記動作を制
    御するための、かつ、前記ワークピースの１つまたは複数の特性を決定するために前記ワ
    ークピースから反射した前記光学エネルギーを処理するための、前記レーザビーム源、前
    記運動制御システムおよび前記光検出システムに動作可能に結合されるコントローラと、
    を備え、
    前記第１の中空コア導波器の長さは、前記第１のレンズアセンブリおよび前記第２のレンズアセンブリの両方の焦点距離よりも長いものであって、前記第２の中空コア導波器の長さは、前記第１のレンズアセンブリおよび前記第２のレンズアセンブリの両方の焦点距離よりも長いものであり、
    前記第１の中空コア導波器の、前記第１のレンズアセンブリに隣接している側の一端における前記レーザビームの直径は、前記光ファイバの前記一端および前記他端における前記レーザビームの直径よりも大きいものであって、前記第２の中空コア導波器の、前記第２のレンズアセンブリに隣接している側の一端における前記レーザビームの直径は、前記光ファイバの前記一端および前記他端における前記レーザビームの直径よりも大きいものであり、
    前記第１の中空コア導波器の直径は、前記光ファイバの直径よりも大きいものであって、前記第２の中空コア導波器の直径は、前記光ファイバの直径よりも大きいものであるシステム。
12. ワークピースの１つまたは複数の特性を決定する方法であって、
    レーザビームを発生させることと、
    第１のレンズアセンブリを使用して、前記レーザビームを収束させることと、
    次いで、前記レーザビームを、第１の中空コア導波器の、前記第１のレンズアセンブリ側を向いた一端部の中へ入れ、該第１の中空コア導波器を通し、かつ該第１の中空コア導波器の他端部から出して伝送することと、
    次いで、前記レーザビームを、光ファイバの一端の中へ入れ、かつこれを通して伝送す
    ることと、
    次いで、前記光ファイバの他端から前記レーザビームを出して伝送することと、
    次いで、前記レーザビームを、第２の中空コア導波器の、前記前記光ファイバの前記他端側を向いた一端部の中へ入れ、該第２の中空コア導波器を通し、かつ該第２の中空コア導波器の他端部から出して伝送することと、
    次いで、第２のレンズアセンブリを使用して、前記レーザビームを収束させることと、
    前記ワークピースに対して前記第２の中空コア導波器および前記第２のレンズアセンブ
    リを制御可能に移動させることと、
    前記ワークピースの１つまたは複数の表面に前記レーザビームで衝撃を与えることと、
    前記ワークピースの１つまたは複数の表面からの前記レーザビームの反射を監視するこ
    とと、
    前記ワークピースの１つまたは複数の特性を決定するために、前記監視された反射を処
    理することと、
    を含み、
    前記第１の中空コア導波器の長さは、前記第１のレンズアセンブリおよび前記第２のレンズアセンブリの両方の焦点距離よりも長いものであって、前記第２の中空コア導波器の長さは、前記第１のレンズアセンブリおよび前記第２のレンズアセンブリの両方の焦点距離よりも長いものであり、
    前記第１の中空コア導波器の、前記第１のレンズアセンブリに隣接している側の一端における前記レーザビームの直径は、前記光ファイバの前記一端および前記他端における前記レーザビームの直径よりも大きいものであって、前記第２の中空コア導波器の、前記第２のレンズアセンブリに隣接している側の一端における前記レーザビームの直径は、前記光ファイバの前記一端および前記他端における前記レーザビームの直径よりも大きいものであり、
    前記第１の中空コア導波器の直径は、前記光ファイバの直径よりも大きいものであって、前記第２の中空コア導波器の直径は、前記光ファイバの直径よりも大きいものである方法。
13. ワークピースに対して、前記第２の中空コア導波器および前記第２のレンズアセンブリ
    を制御可能に移動させることをさらに含む、請求項１２に記載される方法。

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