JP2010261730A - Method and device for observing optical fiber - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for observing an optical fiber, improving the contrast by correcting the luminance profile without mechanically adjusting an imaging device even when an optical member is inserted and arranged in an optical path of an optical system for observing the optical fiber. <P>SOLUTION: In this method of observing the optical fiber, a side surface of the optical fiber 2 is irradiated with light, the light transmitting through the optical fiber is received by the imaging device 7, and the luminance profile L of the optical fiber is observed. When the optical member 8 is inserted between the optical fiber 2 and the imaging device 7 to change the optical characteristics, the wavelength of the light radiated to the optical fiber 2 is changed to correct the luminance profile L of the optical fiber. The correction of the luminance profile L is the correction of the contrast of a core part of the optical fiber 2, and planar glass is used as the optical member. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイバの融着接続機でコア検出等に用いられる光ファイバの観察方法および観察装置に関する。   The present invention relates to an optical fiber observation method and observation apparatus used for core detection or the like in an optical fiber fusion splicer.

光ファイバを融着接続する場合、接続される光ファイバの双方の端面を対向するように保持し、光ファイバの双方のコア部が一致するように調心して行なわれる。コア部の検出は、通常、光ファイバの側面に光を照射し、その透過光をレンズで拡大してコア像を観察し、コア径あるいはコアの軸ずれ等を検出している。なお、光ファイバの観察は、光ファイバの軸に直交する２方向から行なわれる。   When the optical fibers are fusion spliced, both end faces of the optical fibers to be connected are held so as to face each other and aligned so that both core portions of the optical fibers coincide. The detection of the core part usually involves irradiating the side surface of the optical fiber with light, magnifying the transmitted light with a lens, observing the core image, and detecting the core diameter or core misalignment. Note that the optical fiber is observed from two directions orthogonal to the axis of the optical fiber.

光ファイバの観察は、光ファイバの側面に照射された光が、空気−クラッド部−コア部をスネルの法則にしたがって屈折し、拡大レンズにより拡大された画像として結像させ、これを画像処理により輝度プロファイル（光強度分布）とすることができる。この輝度プロファイルを解析することにより、コア部の外径や軸ずれ量を求めて、接続損失の少ない光ファイバの融着接続することが知られている。また、係る光ファイバの観察方法で接続結果の良否も検査することが可能とされている（例えば、特許文献１参照）。   Observation of an optical fiber consists of the light irradiated on the side surface of the optical fiber being refracted in the air-clad part-core part according to Snell's law and imaged as an enlarged image by a magnifying lens. A luminance profile (light intensity distribution) can be obtained. It is known that by analyzing this luminance profile, the outer diameter of the core portion and the amount of axial deviation are obtained, and an optical fiber having a low connection loss is fusion spliced. In addition, it is possible to inspect the quality of the connection result by the optical fiber observation method (see, for example, Patent Document 1).

また、多心の光ファイバの融着接続等で、高倍率のレンズを用いて観察すると、観察面（撮像素子）には、多心光ファイバの一部しか観察することができない場合がある。これに対応するためには、光源や観察面を移動する必要があるが、調整操作に時間を要するなどの問題がある。これを改善する方法として、光源に波長可変型のものを用い、レンズと観察面との間に分光器（プリズム）を配して、光源の波長を変えることにより観察光の光路を変えることが知られている（例えば、特許文献２参照）。   Further, when observation is performed using a high-magnification lens, such as by fusion splicing of multi-fibers, there are cases where only a part of the multi-fibers can be observed on the observation surface (imaging device). In order to cope with this, it is necessary to move the light source and the observation surface, but there is a problem that adjustment operation takes time. As a method of improving this, a variable wavelength type light source is used, a spectroscope (prism) is arranged between the lens and the observation surface, and the optical path of the observation light is changed by changing the wavelength of the light source. It is known (see, for example, Patent Document 2).

特公昭６２−２９７６３号公報Japanese Patent Publication No.62-29763 特開平９−１１３７５３号公報JP-A-9-113753

光ファイバの融着接続は、上記の特許文献１，２に開示のように、光ファイバのコア部を観察し、コアの位置を調心することにより接続損失の少ない光ファイバ接続を実現することができる。しかし、これには、精度の高い観察の光学系と焦点位置の管理、画像処理技術が必要とされる。また、光ファイバの接続は、野外で作業することも多く外部環境の影響を受けやすい。このため、防水や耐風、砂塵対策などについても考慮する必要があり、稼動部の開口や隙間を極力減らした構成が要求される。   As shown in Patent Documents 1 and 2 above, the fusion splicing of optical fibers is to observe the core of the optical fiber and align the position of the core to realize an optical fiber connection with low connection loss. Can do. However, this requires a highly accurate observation optical system, focus position management, and image processing technology. In addition, optical fiber connection is often performed outdoors and is easily affected by the external environment. For this reason, it is necessary to consider waterproofing, wind resistance, dust countermeasures, and the like, and a configuration in which the opening and gap of the operating part are reduced as much as possible is required.

このような要求の1つに、光ファイバのコア部を観察する光学系について、光の受光口をカバーガラスで覆い、耐環境性を高める方法が考えられる。しかしながら、光学系にカバーガラスのような光学部品を介在させると、光ファイバのコア部を観察するに際して、焦点距離の変動、光学収差特性が変わり、観察する光ファイバ画像の輝度プロファイルが変化し、コントラストが低下して観察精度が悪くなる。この場合、撮像の焦点位置を替えるなどの調整作業が必要で、機構的にも複雑な構成となる。   As one of such requirements, a method for improving the environmental resistance of an optical system for observing the core portion of the optical fiber by covering the light receiving port with a cover glass can be considered. However, if an optical component such as a cover glass is interposed in the optical system, when observing the core portion of the optical fiber, the focal length variation and optical aberration characteristics change, and the luminance profile of the optical fiber image to be observed changes. The contrast is lowered and the observation accuracy is deteriorated. In this case, adjustment work such as changing the focus position of imaging is required, and the structure is complicated in terms of mechanism.

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光ファイバと観察のための光学系の光路中に光学部材を挿入配置する場合にも、撮像装置を機構的に調整することなく輝度プロファイルを補正して、コントラストを向上させることが可能な光ファイバの観察方法と観察装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances. Even when an optical member is inserted and disposed in an optical path of an optical fiber and an optical system for observation, a luminance profile is obtained without mechanically adjusting the imaging device. It is an object of the present invention to provide an optical fiber observation method and an observation apparatus that can improve contrast and improve contrast.

本発明による光ファイバの観察方法および観察装置は、光ファイバの側面に光を照射し、該光ファイバを透過してくる光を撮像装置で受光して光ファイバの輝度プロファイルを観察する光ファイバの観察方法で、光ファイバと撮像装置との間に、光学部材を挿入して光学特性を変えた際に、光ファイバに照射する光の波長を変化させて、光ファイバの輝度プロファイルを補正する。なお、前記の輝度プロファイルの補正は、光ファイバのコア部のコントラストの補正であり、光学部材には平板状ガラスが用いられる。   An optical fiber observation method and observation apparatus according to the present invention is an optical fiber that irradiates light on a side surface of an optical fiber, receives light transmitted through the optical fiber with an imaging device, and observes a luminance profile of the optical fiber. When the optical characteristic is changed by inserting an optical member between the optical fiber and the imaging device by the observation method, the luminance profile of the optical fiber is corrected by changing the wavelength of light applied to the optical fiber. The correction of the luminance profile is correction of the contrast of the core portion of the optical fiber, and flat glass is used for the optical member.

本発明によれば、観察装置のレンズ機構を調整することなく、光源の波長を変化させるだけで、光ファイバのコア部の輝度プロファイルを簡単に変化させ、コア部検出のためのコントラストを向上させることができる。この結果、撮像装置に複雑なズームレンズ機構を備えていないものを用いることができ、コストの低減をはかることが可能となる。   According to the present invention, by simply changing the wavelength of the light source without adjusting the lens mechanism of the observation apparatus, the brightness profile of the core portion of the optical fiber can be easily changed to improve the contrast for detecting the core portion. be able to. As a result, an image pickup apparatus that does not include a complicated zoom lens mechanism can be used, and the cost can be reduced.

本発明による光ファイバの観察方法および装置の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the observation method and apparatus of the optical fiber by this invention. 本発明の動作状態を説明する図である。It is a figure explaining the operating state of this invention.

図１により本発明の概略を説明する。図中、１は融着接続機、２は光ファイバ、２ａは光ファイバの接続端、２ｂはファイバ被覆、３は放電電極、４はＶ溝クランプ、５は被覆クランプ、６は波長可変光源、７は撮像装置、７ａはレンズ、７ｂは結像面、８は光学部材を示す。   The outline of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, 1 is a fusion splicer, 2 is an optical fiber, 2a is an optical fiber connection end, 2b is a fiber coating, 3 is a discharge electrode, 4 is a V-groove clamp, 5 is a coating clamp, 6 is a wavelength tunable light source, Reference numeral 7 denotes an imaging device, 7a denotes a lens, 7b denotes an imaging surface, and 8 denotes an optical member.

図に示すように、光ファイバの融着接続機１は、一対の光ファイバ２の接続端２ａを互いに対向するように支持し、放電電極３で接続端２ａを加熱溶融させて融着接続する。この融着接続に際しては、光ファイバ２の端部領域のファイバ被覆２ｂを除去してガラスの裸ファイバ部を露出させ、双方の光ファイバのファイバ被覆２ｂの際部分を被覆クランプ５で固定し、裸ファイバ部をＶ溝クランプ４で保持して位置決めされる。   As shown in the figure, an optical fiber fusion splicer 1 supports the connection ends 2a of a pair of optical fibers 2 so as to face each other, and heats and melts the connection ends 2a with a discharge electrode 3 to perform fusion splicing. . At the time of this fusion splicing, the fiber coating 2b in the end region of the optical fiber 2 is removed to expose the bare fiber portion of the glass, and the end portions of the fiber coating 2b of both optical fibers are fixed by the coating clamp 5, The bare fiber portion is held by the V-groove clamp 4 and positioned.

双方の光ファイバの接続端２ａは、軸方向に対して直角にカットするか又は信号光の反射防止のために所定の角度でカットして対向配置される。また、光ファイバの接続端２ａの位置及び端面状態は、光源６と撮像装置７を用いた画像観察装置により監視される。なお、融着接続に先立って、例えば、双方の光ファイバの接続端２ａを、それぞれ個別に放電電極３によりスパッタリング放電等を行ない、端面処理する。この後、光源６と撮像装置７による画像観察機構により、被覆クランプ５及びＶ溝クランプ４を駆動機構（図示省略）により調整して、双方の光ファイバの光軸及び接続端２ａの位置等を調整して互いに突き合わせる。   The connection ends 2a of both optical fibers are cut at a right angle with respect to the axial direction or cut at a predetermined angle to prevent reflection of signal light, and are arranged opposite to each other. Further, the position and end face state of the connection end 2 a of the optical fiber are monitored by an image observation apparatus using the light source 6 and the imaging device 7. Prior to the fusion splicing, for example, the connection ends 2 a of both optical fibers are individually subjected to sputtering discharge or the like by the discharge electrodes 3 to end-treat. Thereafter, the covering clamp 5 and the V-groove clamp 4 are adjusted by a driving mechanism (not shown) by an image observation mechanism using the light source 6 and the imaging device 7, and the optical axes of both optical fibers and the positions of the connection ends 2a are adjusted. Adjust and match each other.

画像観察装置は、光ファイバ２のファイバ被覆２ｂが除去された裸ファイバ部を照射する光源６と、光ファイバの側面を透過する光を受光して撮像する撮像装置（撮像カメラ）７からなる。光源６は、光の波長を可変することが可能な光波長可変光源が用いられ、必要に応じ、光源の波長を変化させることが可能とされている。撮像装置７は、光ファイバの側面の形状を撮像して、光ファイバ２の側面を透過する光の量に基づいた光ファイバ画像Ｐを結像する。この結像された光ファイバ画像Ｐを画像処理することにより、光ファイバの輝度プロファイルＬを取得することができる。この輝度プロファイルＬから、光ファイバ２のコア部の外径や軸ずれ等の検出が可能となる。   The image observation apparatus includes a light source 6 that irradiates a bare fiber portion from which the fiber coating 2b of the optical fiber 2 is removed, and an imaging device (imaging camera) 7 that receives and images light transmitted through the side surface of the optical fiber. As the light source 6, a light wavelength variable light source capable of changing the wavelength of light is used, and the wavelength of the light source can be changed as necessary. The imaging device 7 images the shape of the side surface of the optical fiber and forms an optical fiber image P based on the amount of light that passes through the side surface of the optical fiber 2. By performing image processing on the imaged optical fiber image P, a luminance profile L of the optical fiber can be acquired. From this luminance profile L, it is possible to detect the outer diameter, axial deviation, and the like of the core portion of the optical fiber 2.

光ファイバ２の輝度プロファイルＬは、光ファイバの種類や、焦点位置によって異なるが、通常、縦軸に輝度、横軸に光ファイバの径方向断面をとると、コア部を通る光により生じる輝度の大きい山形のプロファイルＭ１の両側に、クラッド部を通る光により生じる山形のプロファイルＭ２を有した形となる。このうち、中央の山形プロファイルＭ１と両側の山形プロファイルＭ２の間の谷部の距離Ｓ１と谷の深さＳ２等を解析することにより、光ファイバのコア径、軸ずれ等を算定することができる。   The luminance profile L of the optical fiber 2 varies depending on the type of optical fiber and the focal position. Normally, when the vertical axis indicates the luminance and the horizontal axis indicates the radial cross section of the optical fiber, the luminance profile L caused by the light passing through the core portion. A shape having a mountain-shaped profile M2 generated by light passing through the clad portion is provided on both sides of the large mountain-shaped profile M1. Of these, by analyzing the valley distance S1 and the valley depth S2 between the central chevron profile M1 and the chevron profiles M2 on both sides, it is possible to calculate the core diameter, axial deviation, and the like of the optical fiber. .

融着接続機１において、撮像装置７のレンズ７ａと観察する光ファイバ２との間の光路中に、何もない状態で観測する場合と、前記の光路中に光学部材８が入る場合がある。光学部材８が観察光路中に入れるケースとしては、撮像装置７を外部環境から保護するために、例えば、撮像装置７のレンズ７ａを光学的に透過なガラスカバーで覆うような場合がある。このガラスカバーとしては、耐磨耗性と化学的安定性のある石英ガラスなどで形成された平板状のものが用いられる。   In the fusion splicer 1, there is a case where observation is performed in a state where there is nothing in the optical path between the lens 7a of the imaging device 7 and the optical fiber 2 to be observed, and an case where the optical member 8 enters the optical path. . As a case where the optical member 8 enters the observation optical path, in order to protect the imaging device 7 from the external environment, for example, the lens 7a of the imaging device 7 may be covered with an optically transparent glass cover. As the glass cover, a flat plate made of quartz glass having wear resistance and chemical stability is used.

図２は、このようなガラスカバー（光学部材）８が、撮像装置７のレンズ面７ａと光ファイバ２の光路中に、無い場合と有る場合における光ファイバの画像観察の状態を示した模式図である。波長可変光源６からの光を光ファイバ２の側面に照射し、光ファイバ２のコア部およびクラッド部を透過する光を受光し、撮像装置のレンズ７ａを介して結像面７ｂに、光ファイバ画像として結像させる。また、結像された光ファイバ画像は、上記したように画像処理することにより、光ファイバの断面形状を輝度プロファイルで表わすことができる。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of image observation of an optical fiber when such a glass cover (optical member) 8 is not present in the optical path between the lens surface 7a of the imaging device 7 and the optical fiber 2. It is. The light from the wavelength tunable light source 6 is irradiated onto the side surface of the optical fiber 2, the light transmitted through the core portion and the clad portion of the optical fiber 2 is received, and the optical fiber is applied to the imaging surface 7b via the lens 7a of the imaging device. Form an image as an image. In addition, the imaged optical fiber image is subjected to image processing as described above, whereby the cross-sectional shape of the optical fiber can be represented by a luminance profile.

図２（Ａ）は、撮像装置７のレンズ７ａと観察する光ファイバ２との間の光路中に何もない場合を示している。この場合、光源６から所定の波長の光が照射され、光ファイバ２の画像がレンズ７ａにより、結像面７ｂに結像される。なお、図中、光ファイバ２からレンズ７ａを経て結像面７ｂに至る線は、透過光線を模式的に示したものである。この結果得られる光ファイバ２の輝度プロファイルＬａは、谷部の距離Ｓ１、谷部の深さＳ２を容易に判別して検出できるように、焦点位置やコントラストが調整されているものとする。得られた輝度プロファイルをもとに、接続すべき光ファイバ同士の軸ずれを修正し、光ファイバの融着接続の接続損失を小さく抑えることが可能となる。   FIG. 2A shows a case where there is nothing in the optical path between the lens 7a of the imaging device 7 and the optical fiber 2 to be observed. In this case, light of a predetermined wavelength is emitted from the light source 6, and an image of the optical fiber 2 is formed on the imaging surface 7b by the lens 7a. In the figure, the line from the optical fiber 2 through the lens 7a to the image plane 7b schematically shows the transmitted light. It is assumed that the brightness profile La of the optical fiber 2 obtained as a result is adjusted in focus position and contrast so that the valley distance S1 and the valley depth S2 can be easily determined and detected. Based on the obtained luminance profile, it is possible to correct the axial misalignment between the optical fibers to be connected, and to suppress the connection loss of the fusion splicing of the optical fibers.

図２（Ｂ）は、撮像装置７のレンズ面７ａと観察する光ファイバ２との間の光路中にガラスカバー８を入れた場合を示している。この場合、所定の波長を有する光源６から照射される光で、光ファイバ２の画像がレンズ７ａにより、結像面７ｂに結像されるが、ガラスカバー８が光路中に入ったことで焦点位置が変わり、このため結像面７ｂでの結像がボケたりする。このため、光ファイバの輝度プロファイルＬｂは、谷部のコントラストが劣化し距離Ｓ１、谷部の深さＳ２が判別しにくくなる。この結果、光ファイバのコア径や軸ずれの検出精度が低下することとなり、光ファイバの融着接続の損失増加が生じる。   FIG. 2B shows a case where the glass cover 8 is placed in the optical path between the lens surface 7a of the imaging device 7 and the optical fiber 2 to be observed. In this case, the image of the optical fiber 2 is imaged on the imaging surface 7b by the lens 7a with the light emitted from the light source 6 having a predetermined wavelength. The position changes, and thus the image formation on the image plane 7b is blurred. For this reason, in the brightness profile Lb of the optical fiber, the contrast of the valley portion deteriorates and it becomes difficult to determine the distance S1 and the depth S2 of the valley portion. As a result, the detection accuracy of the core diameter and the axial deviation of the optical fiber is lowered, and the loss of the fusion splicing of the optical fiber is increased.

図２（Ｃ）は、撮像装置７のレンズ７ａと観察する光ファイバ２との間の光路中にガラスカバー８を入れて、波長可変光源６の波長を調整した場合を示している。この場合、波長が変更された光源６から照射される光で、光ファイバ２の画像がレンズ７ａにより、結像面７ｂに結像される。ガラスカバー８が光路中に入ったことにより、焦点位置が変化し、また光収差も変化するが、光の波長を変えることで補正され、このため、結像面７ｂでの結像は、再び図２（Ａ）の状態に戻すことができる。   FIG. 2C shows a case where the wavelength of the wavelength tunable light source 6 is adjusted by putting the glass cover 8 in the optical path between the lens 7 a of the imaging device 7 and the optical fiber 2 to be observed. In this case, the image of the optical fiber 2 is imaged on the imaging surface 7b by the lens 7a with light emitted from the light source 6 whose wavelength has been changed. When the glass cover 8 enters the optical path, the focal position changes and the optical aberration also changes. However, the correction is made by changing the wavelength of the light. It is possible to return to the state of FIG.

この場合、さらに、焦点位置を微調整するため光ファイバ２と撮像装置７の相対位置を変化させてもよい。これによる光ファイバの輝度プロファイルＬｃは、谷部のコントラストが向上して距離Ｓ１および谷部の深さＳ２も判別しやすい状態となる。これにより、光ファイバの軸ずれを精度良く修正することが可能となり、光ファイバの融着接続の接続損失を小さく抑えることができる。   In this case, the relative position between the optical fiber 2 and the imaging device 7 may be changed to finely adjust the focal position. As a result, the brightness profile Lc of the optical fiber is in a state where the contrast of the valley is improved and the distance S1 and the depth S2 of the valley are easily discriminated. As a result, it is possible to accurately correct the axial misalignment of the optical fiber, and to suppress the connection loss of the fusion splicing of the optical fiber.

なお、図２（Ｂ）の状態のときに、レンズ７ａと結像面７ｂの相対位置を調節可能なズーム機構を用いることによって、焦点位置を変えることも可能であるが、精密で複雑なズーム機構を要するため、調整も大変であるがコストも大きくなる。本発明においては、波長可変光源６の波長を変えることで、複雑な機械的機構を用いないため、その調整が簡単で撮像装置にズーム機構を有しないものを用いることができるので、コストの低減化をはかることが可能となる。   In the state shown in FIG. 2B, it is possible to change the focal position by using a zoom mechanism that can adjust the relative position of the lens 7a and the image plane 7b. Since a mechanism is required, adjustment is difficult, but the cost also increases. In the present invention, since a complicated mechanical mechanism is not used by changing the wavelength of the wavelength tunable light source 6, the adjustment is simple, and an image pickup apparatus that does not have a zoom mechanism can be used. Can be achieved.

１…融着接続機、２…光ファイバ、２ａ…光ファイバの接続端、２ｂ…ファイバ被覆、３…放電電極、４…Ｖ溝クランプ、５…被覆クランプ、６…光源（波長可変）、７…撮像装置、７ａ…レンズ、７ｂ…結像面、８…光学部材（ガラスカバー）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fusion splicer, 2 ... Optical fiber, 2a ... Optical fiber connection end, 2b ... Fiber coating, 3 ... Discharge electrode, 4 ... V groove clamp, 5 ... Cover clamp, 6 ... Light source (wavelength variable), 7 ... imaging device, 7a ... lens, 7b ... imaging surface, 8 ... optical member (glass cover).

Claims (4)

光ファイバの側面に光を照射し、該光ファイバを透過してくる光を撮像装置で受光して前記光ファイバの輝度プロファイルを観察する光ファイバの観察方法であって、
前記光ファイバと前記撮像装置との間に、光学部材を挿入して光学特性を変えた際に、前記光ファイバに照射する光の波長を変化させて、前記光ファイバの輝度プロファイルを補正することを特徴とする光ファイバの観察方法。 An optical fiber observation method for irradiating light on a side surface of an optical fiber, receiving light transmitted through the optical fiber with an imaging device, and observing a luminance profile of the optical fiber,
When an optical member is inserted between the optical fiber and the imaging device to change optical characteristics, the wavelength profile of the light applied to the optical fiber is changed to correct the brightness profile of the optical fiber. An optical fiber observation method. 前記輝度プロファイルの補正は、光ファイバのコア部のコントラストの補正であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの観察方法。   2. The optical fiber observation method according to claim 1, wherein the correction of the brightness profile is correction of a contrast of a core portion of the optical fiber. 前記光学部材は平板状ガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの観察方法。   The optical fiber observation method according to claim 1, wherein the optical member is flat glass. 光ファイバの側面に光を照射する波長可変光源と、該光ファイバを透過してくる光を受光する撮像装置を備え、前記光ファイバの輝度プロファイルを観察する光ファイバの観察装置であって、
前記光ファイバと前記撮像装置との間に、光学部材を挿入して光学特性を変えた際に、前記波長可変光源の波長を変化させて、前記光ファイバの輝度プロファイルを補正して観察することを特徴とする光ファイバの観察装置。 A wavelength tunable light source that irradiates light on a side surface of an optical fiber, an imaging device that receives light transmitted through the optical fiber, and an optical fiber observation device that observes a luminance profile of the optical fiber,
When an optical member is inserted between the optical fiber and the imaging device to change optical characteristics, the wavelength of the wavelength tunable light source is changed, and the luminance profile of the optical fiber is corrected and observed. An optical fiber observation device.
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