JP2004125725A

JP2004125725A - 透明体の屈折率分布測定方法及び測定装置

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Publication number: JP2004125725A
Application number: JP2002293414A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Sasaki; 佐々木　一正; Jiro Morinaga; 森永　次郎; Takehiko Yamamoto; 山本　岳彦
Original assignee: ADVANCED TECHNOLOGY KK; Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: ADVANCED TECHNOLOGY KK; SWCC Corp
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-07
Also published as: CN1493867A; JP3665781B2

Abstract

【解決手段】同一光軸上に配置されたレーザ光源１、屈折率整合液５が満たされた屈折率整合液槽４、この屈折率整合液５中に浸漬されたプリフォームロッド２、前記プリフォームロッド２を挟んで前記レーザ光源１と反対側に配置された光受光器３とからなる光学系により前記レーザ光源１からの光を前記プリフォームロッド２に入射して前記プリフォームロッド２から出射された光を前記光受光器３により測定し、この測定結果を解析して前記プリフォームロッド２の屈折率分布を測定するにあたり、光学系の光軸に対するプリフォームロッド２の曲がりの状況に応じてレーザ光源１若しくは光受光器３あるいはその双方の位置を調整する。
【効果】プリフォームロッド２の曲がりにより生じる誤差のない真の透明体の屈折率分布が測定できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明体の屈折率分布測定方法及び測定装置に係り、特に内部に屈折率分布を有する透明体の屈折率分布測定方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の通信ネットワークの進展に伴い、光ファイバケーブルの需要はますます増加する傾向にある。光ファイバケーブルを構成している一要素である光ファイバはまずＶＡＤ法あるいはＭＣＶＤ法等によりプリフォームロッド（光ファイバ母材）と呼ばれる透明体を作成し、それを所定の径まで線引きして製造している。プリフォームロッドは屈折率の高いコア部とその周囲の屈折率がコア部より低いクラッドとからなっている。
【０００３】
ところで、光ファイバに必要とされる特性が設計通りになっているかを判定する指標の一つに屈折率分布を測定する方法がある。光ファイバの屈折率分布を測定する場合は通常プリフォームロッドの状態で測定するが、プリフォームロッドを屈折率が既知である屈折率整合液（マッチングオイル）中に浸漬して、プリフォームロッドの軸方向に対して垂直な角度で光源からレーザ光等を入射して、透過してきた光の角度や位置から屈折率分布を測定する方法がよく行われている。また、屈折率整合液中に浸漬したプリフォームロッドの背後に画像を配置して、その画像の情報をプリフォームロッドを通して観察したときの歪み量から屈折率分布を測定する方法も本願出願人等によって提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような屈折率分布の測定方法においては、プリフォームロッドの軸方向とプリフォームロッドの屈折率分布を測定するための光学系の光軸とが垂直に交わっていないと正しい屈折率分布が測定できない。しかしプリフォームロッドを製造する工程であるガラス化工程や延伸工程においてはしばしばプリフォームロッドに曲がりが生じたり、またプリフォームロッドを線引きする際には線引き装置にプリフォームロッドを取り付けるためにプリフォームロッドに線引き装置に把持させるためのダミーロッドを接続するが、この接続部で曲がりが生じたりする。
【０００５】
上記したようにプリフォームロッドに曲がりが生じている場合には屈折率分布の測定結果に誤差が生じる。例えばプリフォームロッドが光学系の光軸に対して垂直な面において傾いている場合には、図４に示すように傾きの角度によってプリフォームロッドの外径値にばらつきが生じ、ひいては屈折率分布の測定値にも誤差が生じてくる。
【０００６】
従来測定誤差が生じないような種々の提案がなされている。例えば、プリフォームロッドの屈折率分布測定装置に外径測定器を備えてプリフォームロッドの外径や曲がりの状態を測定し、その結果によって屈折率分布の測定を継続したり中止したりする方法（例えば、特許文献２参照）やプリフォームロッドの吊り下げ部を上下、左右に移動可能にし、プリフォームロッドの振動を防ぐために把持機構を有し、さらにプリフォームロッドの傾斜を吸収できるユニバーサルジョイントを設ける方法（例えば、特許文献３参照）などである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１２１４９９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１４６７６０号公報
【特許文献３】
特開２０００−３４６７４７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。即ち、プリフォームロッドの屈折率分布測定装置に外径測定器を備えてプリフォームロッドの外径や曲がりの状態を測定し、その結果によって屈折率分布の測定を継続したり中止したりする方法では、プリフォームロッドの曲がりが大きい場合は屈折率分布の測定を中止しなければならず、再度プリフォームロッドを加工して曲がりをなくするような工程が必要となり煩雑となる。また、曲がりが比較的小さい場合はそのまま屈折率分布を測定するが、その測定結果には誤差が含まれているので結果の信頼性が低下してしまう。
【０００９】
一方、プリフォームロッドの吊り下げ部を上下、左右に移動可能にし、プリフォームロッドの振動を防ぐために把持機構を有し、さらにプリフォームロッドの傾斜を吸収できるユニバーサルジョイントを設ける方法では、プリフォームロッドを動かして曲がりの影響を除去するようにしており、特にプリフォームロッドの振動を防止するためにプリフォームロッドを把持機構で把持するので、製品としてのプリフォームロッドの機械的信頼性が低下する虞がある。
【００１０】
本発明は透明体の屈折率分布を測定する際に透明体の曲がりの状況に応じて光源や光受光器あるいはその双方の位置を調整することにより透明体の正確な屈折率分布を測定する透明体の屈折率分布測定方法及び測定装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するために次のような構成とする。即ち、本発明の屈折率分布測定方法は、同一光軸上に配置された光源、屈折率整合液が収容された屈折率整合液槽、この屈折率整合液中に浸漬された透明体、前記透明体を間にして前記光源と反対側に配置された光受光器とからなる光学系により前記光源からの光を前記透明体に入射して前記透明体から出射された光を前記光受光器により測定し、この測定結果を解析して前記透明体の屈折率分布を測定する方法において、前記光学系の光軸に対する前記透明体の曲がりの状況に応じて前記光源若しくは光受光器あるいはその双方の位置を調整するものである。
【００１２】
具体的には、光源若しくは光受光器あるいはその双方の位置の調整はそれぞれの角度を調整して行うことが好ましく、角度の調整は透明体の軸方向及びこの軸方向に直角に交わる方向のいずれの方向に対しても光学系の光軸が垂直になるように行うことが好ましい。また透明体の屈折率分布の測定は透明体の曲がりの状況を確認した後に行うことが好ましく、曲がりの状況の確認は透明体を回転させて行うことが好ましい。さらに、光源は画像であり、光受光器は画像の歪み量を撮影する画像撮影装置でもよい。そしてこの場合画像若しくは画像撮影装置あるいはその双方の位置の調整は画像撮影装置で撮影した画像をコンピュータ上で処理して行うこともできる。
【００１３】
また、本発明の屈折率分布測定装置は、同一光軸上に配置された光源と、屈折率整合液が収容された屈折率整合液槽と、前記透明体を間にして前記光源と反対側に配置された前記透明体を通過してきた光を測定するための光受光器とからなる光学系を有する透明体の屈折率分布測定装置において、前記光源及び光受光器はそれぞれ位置調整手段が設けられている。具体的には、光源及び光受光器の位置調整手段はそれぞれの角度を調整する手段であり、この角度調整手段はゴニオメータであることが好ましい。また、光源は画像であり、光受光器は画像の歪み量を撮影する画像撮影装置でもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の透明体の屈折率分布測定方法及び測定装置をその好ましい実施の形態について具体例を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の測定方法における一実施の形態を模式的に表した図である。図１において（ａ）は本実施の形態の測定方法に用いる光学系を表したものである。ここで、本実施の形態は空間フィルタリング法を用いている例で、レーザ光源１、透明体、例えばプリフォームロッド２、光受光器３は同一光軸上に配置されており、プリフォームロッド２は屈折率整合液槽４に収容された屈折率整合液（マッチングオイル）５に浸漬されている。なお、光受光器３と屈折率整合液槽４の間には検出した光信号に含まれるノイズを除去して透明体２から出射される信号の安定性を良くするためにチョッパ６が配置されている。
【００１６】
空間フィルタリング法による屈折率分布測定方法では、レーザ光源１から出射されるレーザ光をプリフォームロッド２の径方向に走査し、入射させる。この時プリフォームロッド２を通って出射してくるレーザ光はプリフォームロッド２の有する屈折率分布に応じて屈折されて出てくるが、この時の出射角度を測定することでプリフォームロッドの屈折率分布を推定している。
【００１７】
このような光学系を用いてプリフォームロッド２の屈折率分布を測定する場合、図１（ｂ）のように光学系の光軸に対して垂直な面においてプリフォームロッド２に角度αだけ曲がりがある場合、図１（ｃ）のようにレーザ光源１若しくは光受光器３あるいはそれらの双方の位置を角度αだけ傾斜させて測定する。この時レーザ光源１を傾斜させるか光受光器３を傾斜させるかあるいは双方を傾斜させるかは光学系の構成、プリフォームロッド２の曲がりの状態等によって決めればよい。レーザ光源１若しくは光受光器３を傾斜させるにはレーザ光源１と光受光器３の位置をゴニオメータで組み合わせた位置（角度）制御系で補正するようにすると良い。
【００１８】
図２は本発明の測定方法の他の実施の形態を模式的に表した図である。なお、図１と同一の個所は同一の番号で表すことにし、以後の図面においても同様とする。図２（ａ）は本実施の形態の測定方法に用いる光学系を表した図である。本実施の形態においては、光源として画像７を用いる。この画像７は背後から照明を当ててその画像情報をプリフォームロッド２に入射させても良いし、画像７の前部から照明を当てて画像の反射光をプリフォームロッド２に入射させても良い。また例えば液晶画像のようにそれ自身が発光して画像情報としてプリフォームロッド２に入射させても良い。そして、画像情報はプリフォームロッド２を通過した後に画像撮影装置８により撮影される。この時プリフォームロッド２の屈折率分布に応じて画像が歪むのでその歪み量を画像撮影装置８にて撮影して、その歪み量から偏向関数を求め、この値を解析することによりプリフォームロッド２の屈折率分布を測定する。具体的な測定の実施形態については特許文献１に記載されている方法を用いればよい。なお、屈折率整合液はプリフォームロッド１と空気との屈折率差に起因する損失を少なくし、より測定精度を向上させるために使用するものである。
【００１９】
このような光学系において、画像撮影装置８で撮影した画像からプリフォームロッド２がどの程度曲がっているかを測定し、例えば図２（ｂ）のように光学系の光軸に対して垂直な面においてプリフォームロッド２が角度βだけ曲がっている場合、図２（ｃ）のように画像７若しくは画像撮影装置８あるいはそれらの双方の位置を角度βだけ傾斜させて測定する。画像７若しくは画像撮影装置８を傾斜させるには画像７と画像撮影装置８の位置をゴニオメータで組み合わせた位置（角度）制御系で補正するようにすると良い。この時画像７を傾斜させるか画像撮影装置８を傾斜させるかあるいは双方を傾斜させるかはやはり光学系の構成、プリフォームロッド２の曲がりの状態によって決めればよく、図１の場合と同様である。またこの場合、画像撮影装置８により撮影した画像をコンピュータ上で画像処理を行い位置を調整するようにしても良い。
【００２０】
次に本発明のさらに他の実施の形態について説明する。図３（ａ）は図２と同様に画像の歪み量を解析してプリフォームロッドの屈折率分布を測定する方法に用いられる光学系を模式的に表したものであるが、プリフォームロッド２は光学系の光軸に対して角度γの曲がりが生じている。この場合は光学系の光軸に対して傾斜しているために光学系の光軸に対して垂直な面において曲がりが生じている場合と異なり図３（ｂ）に示すように曲がりの存在を見極めるのが難しい。しかるにプリフォームロッドの曲がりの存在と程度を正確に把握するためにはプリフォームロッドを回転させることが好ましい。プリフォームロッドを回転させると曲がりの状態ばかりでなく曲がりの程度も把握できるので図３（ａ）で矢印で示したようにプリフォームロッド２の軸方向と光学系の光軸とが直角に交わるように画像７、画像撮影装置８を回転させて位置を調整すればよい。このようにプリフォームロッドに曲がりがある場合、光源若しくは光受光器あるいはその双方の位置を調整するということはプリフォームロッドの軸方向及びこの軸方向に直角に交わる方向のいずれの方向に対しても光学系の光軸が垂直になるように行うことをいう。
【００２１】
また、これまでの実施の形態では石英ガラスからなるプリフォームロッドを例に取り説明したが、本発明は内部に屈折率分布を有する透明体ならばどのようなものにでも適用でき、例えばプラスチック体のようなものを測定する場合にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の透明体の屈折率分布測定方法及び測定装置によれば、透明体の屈折率分布を測定するに際して、透明体に曲がりが生じている場合、その曲がりの状況に応じて光源や光受光器あるいはその双方の位置を調整するようにしたので透明体の正確な屈折率分布を測定する方法を提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による屈折率分布測定方法の一実施の形態を説明する図である。
【図２】本発明による屈折率分布測定方法の他の実施の形態を説明する図である。
【図３】本発明による屈折率分布測定方法のさらに他の実施の形態を説明する図である。
【図４】プリフォームロッドの曲がりの影響を表す図である。
【符号の説明】
１・・・レーザ光源
２・・・プリフォームロッド
３・・・光受光器
４・・・屈折率整合液槽
５・・・屈折率整合液
７・・・画像
８・・・画像撮影装置

Claims

内部に屈折率分布を有する透明体の屈折率分布測定方法であって、同一光軸上に配置された光源、屈折率整合液が収容された屈折率整合液槽、この屈折率整合液中に浸漬された透明体、前記透明体を間にして前記光源と反対側に配置された光受光器とからなる光学系により前記光源からの光を前記透明体に入射して前記透明体から出射された光を前記光受光器により測定し、この測定結果を解析して前記透明体の屈折率分布を測定する方法において、前記光学系の光軸に対する前記透明体の曲がりの状況に応じて前記光源若しくは光受光器あるいはその双方の位置を調整するようにしたことを特徴とする透明体の屈折率分布測定方法。
前記光源若しくは光受光器あるいはその双方の位置の調整はそれぞれの角度を調整して行うことを特徴とする請求項１記載の透明体の屈折率分布測定方法。
前記光源若しくは光受光器あるいはその双方の角度の調整は前記透明体の軸方向及びこの軸方向に直角に交わる方向のいずれの方向に対しても前記光学系の光軸が垂直になるように行うことを特徴とする請求項２記載の透明体の屈折率分布測定方法。
前記透明体の屈折率分布の測定は前記透明体の曲がりの状況を確認した後に行うことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の透明体の屈折率分布測定方法。
前記透明体を回転させて曲がりの状況を確認することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の透明体の屈折率分布測定方法。
前記光源は画像であり、前記光受光器は前記画像の歪み量を撮影する画像撮影装置であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の透明体の屈折率分布測定方法。
前記画像若しくは画像撮影装置あるいはその双方の位置の調整は前記画像撮影装置で撮影した画像をコンピュータ上で処理して行うことを特徴とする請求項６記載の透明体の屈折率分布測定方法。
内部に屈折率分布を有する透明体の屈折率分布測定装置であって、同一光軸上に配置された光源と、屈折率整合液が収容された屈折率整合液槽と、前記透明体を間にして前記光源と反対側に配置された前記透明体を通過してきた光を測定するための光受光器とからなる光学系を有する透明体の屈折率分布測定装置において、前記光源及び光受光器はそれぞれ位置調整手段が設けられていることを特徴とする透明体の屈折率分布測定装置。
前記光源及び光受光器の位置調整手段はそれぞれの角度を調整する手段であることを特徴とする請求項８記載の透明体の屈折率分布測定装置。
前記角度調整手段はゴニオメータであることを特徴とする請求項９記載の透明体の屈折率分布測定装置。
前記光源は画像であり、前記光受光器は前記画像の歪み量を撮影する画像撮影装置であることを特徴とする請求項８から請求項１０までのいずれかの請求項に記載の透明体の屈折率分布測定装置。