JP2523156B2 - 屈折角測定方法及び屈折率分布測定装置 - Google Patents
屈折角測定方法及び屈折率分布測定装置Info
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- JP2523156B2 JP2523156B2 JP6981688A JP6981688A JP2523156B2 JP 2523156 B2 JP2523156 B2 JP 2523156B2 JP 6981688 A JP6981688 A JP 6981688A JP 6981688 A JP6981688 A JP 6981688A JP 2523156 B2 JP2523156 B2 JP 2523156B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、円柱状透明体の一横断面の内部屈折率分布
を求めるに際し、該円柱状透明体を側面からのレーザ収
束光により走査してその透明光の屈折角を測定する屈折
角測定方法及び屈折率分布測定装置に関する。
を求めるに際し、該円柱状透明体を側面からのレーザ収
束光により走査してその透明光の屈折角を測定する屈折
角測定方法及び屈折率分布測定装置に関する。
＜従来の技術＞ 屈折率が変化している媒質中を光線が進むとき、この
光線は媒質中の各点でn pinθ＝一定（スネルの法則;n
は媒質の屈折率、θは光線の進行方向を示す角度）が成
り立つように屈折される。したがって、被検体に種々の
光線を入射し、その各々の入射点（初期条件）に対する
屈折率を求め、これらを用いて積分計算を行うことによ
り、上記被検体内部の屈折率分布を求めることができ
る。
光線は媒質中の各点でn pinθ＝一定（スネルの法則;n
は媒質の屈折率、θは光線の進行方向を示す角度）が成
り立つように屈折される。したがって、被検体に種々の
光線を入射し、その各々の入射点（初期条件）に対する
屈折率を求め、これらを用いて積分計算を行うことによ
り、上記被検体内部の屈折率分布を求めることができ
る。
このような技術は主として光ファイバ母材の屈折率分
布を測定する手段として用いられている。すなわち、光
ファイバ母材を側面からレーザ収束光により走査し、各
入射点に対する透過光の屈折角を測定することにより、
該光ファイバ母材の内部屈折率分布を求めている。
布を測定する手段として用いられている。すなわち、光
ファイバ母材を側面からレーザ収束光により走査し、各
入射点に対する透過光の屈折角を測定することにより、
該光ファイバ母材の内部屈折率分布を求めている。
ここで、屈折角を求める一例を第３図を参照しながら
説明する。
説明する。
同図に示すように、He−Neレーザ１は集光レンズ２に
より集光されて被検体である光ファイバ母材３を走査す
るように設けられている。光ファイバ母材３は第４図に
示すようにクラッド部3aとコア部3bとから構成されてい
るが、通常、屈折角の測定精度を向上させる目的から屈
折率がクラッド部3aとほぼ等しいマッチングオイル４を
充填したマッチングセル５内に保持されている。このマ
ッチングセル５はステージ６上に載置されており、この
ステージ６をコントローラ７を介して紙面に直交する方
向へ移動することにより、ビームの走査が行われてい
る。
より集光されて被検体である光ファイバ母材３を走査す
るように設けられている。光ファイバ母材３は第４図に
示すようにクラッド部3aとコア部3bとから構成されてい
るが、通常、屈折角の測定精度を向上させる目的から屈
折率がクラッド部3aとほぼ等しいマッチングオイル４を
充填したマッチングセル５内に保持されている。このマ
ッチングセル５はステージ６上に載置されており、この
ステージ６をコントローラ７を介して紙面に直交する方
向へ移動することにより、ビームの走査が行われてい
る。
光ファイバ母材３を通過した屈折光はレンズ８及び９
を介して二次元撮像素子10に入射する。ここで、レンズ
８及び９の種類及び配置は、屈折角が二次元撮像素子１
上で光軸中心からの変位を示す位置情報に変換されるよ
うに設定されている。なお、この位置情報はカメラコン
トローラ11を介してCPU12にとり込まれるようになって
おり、このCPU12では、この屈折光の位置情報とコント
ローラからのステージ６の位置情報とにより屈折率分布
を求めている。
を介して二次元撮像素子10に入射する。ここで、レンズ
８及び９の種類及び配置は、屈折角が二次元撮像素子１
上で光軸中心からの変位を示す位置情報に変換されるよ
うに設定されている。なお、この位置情報はカメラコン
トローラ11を介してCPU12にとり込まれるようになって
おり、このCPU12では、この屈折光の位置情報とコント
ローラからのステージ６の位置情報とにより屈折率分布
を求めている。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、前述した方法によると、特に、光ファ
イバ母材３が大型化した場合に次のような問題が生じ
る。
イバ母材３が大型化した場合に次のような問題が生じ
る。
第１に、母材３が大型化するとマッチングオイル４を
含めたマッチングセル５全体の荷重が大きくなるが、こ
のような積載物をミクロンオーダの精度で移動するため
のステージ６としては、大型のセラミックススライダ等
を用いなければならず、装置の大型化を招く。
含めたマッチングセル５全体の荷重が大きくなるが、こ
のような積載物をミクロンオーダの精度で移動するため
のステージ６としては、大型のセラミックススライダ等
を用いなければならず、装置の大型化を招く。
第２に、第４図に示すように実際の屈折光は（イ），
（ロ），（ハ），（ニ）と進むが、前述した方法では屈
折角が撮像素子10上での位置情報に変換されているた
め、光は（イ），（ホ），（ヘ）と進むように想定され
ているので、読み取り誤差としてδｙが生じている。こ
のδｙは被検体である光ファイバ母材３の屈折率、大き
さに依存する量であるので補正が難しく、且つ母材３の
コア部3bの大きさが大きくなるほど大きくなる。よっ
て、大きな母材３ほど測定誤差が大きくなってしまう。
（ロ），（ハ），（ニ）と進むが、前述した方法では屈
折角が撮像素子10上での位置情報に変換されているた
め、光は（イ），（ホ），（ヘ）と進むように想定され
ているので、読み取り誤差としてδｙが生じている。こ
のδｙは被検体である光ファイバ母材３の屈折率、大き
さに依存する量であるので補正が難しく、且つ母材３の
コア部3bの大きさが大きくなるほど大きくなる。よっ
て、大きな母材３ほど測定誤差が大きくなってしまう。
本発明はこのような事情に鑑み、被検体が大型化して
も装置を大型化することなく且つ高精度の屈折率分布の
測定が可能な屈折角測定方法及び屈折率分布測定装置を
提供することを目的とする。
も装置を大型化することなく且つ高精度の屈折率分布の
測定が可能な屈折角測定方法及び屈折率分布測定装置を
提供することを目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 前記目的を達成する本発明にかかる屈折角測定方法
は、円柱状透明体の一横断面の内部屈折率分布を求める
に際し、該円柱状透明体を側面からレーザ収束光により
走査してその透過光の屈折角を測定する方法において、
光分岐器により透過光を二方向へ分岐し、これら分岐光
を分岐点から異なる光路位置にそれぞれ設けた二個の光
線位置検出センサで捕捉し、これら光線位置検出センサ
で検出した光線検出位置とこれら検出センサの分岐点か
らの光路位置とから上記透過光の屈折角を求めることを
特徴とし、また本発明にかかる屈折率分布測定装置は、
円柱状透明体を側面からレーザ収束光により走査してそ
の透過光の屈折角を測定することにより該円柱状透明体
の一横断面の内部屈折率分布を求める屈折率分布測定装
置において、屈折角測定光学系として、透過光を二方向
へ分岐する光分岐器と、この分岐点から異なる光路位置
に設けられるとともに分岐された光を捕捉してそれぞれ
の光路位置を検出する二個の光線位置を検出する光線位
置検出センサとを有することを特徴とする。
は、円柱状透明体の一横断面の内部屈折率分布を求める
に際し、該円柱状透明体を側面からレーザ収束光により
走査してその透過光の屈折角を測定する方法において、
光分岐器により透過光を二方向へ分岐し、これら分岐光
を分岐点から異なる光路位置にそれぞれ設けた二個の光
線位置検出センサで捕捉し、これら光線位置検出センサ
で検出した光線検出位置とこれら検出センサの分岐点か
らの光路位置とから上記透過光の屈折角を求めることを
特徴とし、また本発明にかかる屈折率分布測定装置は、
円柱状透明体を側面からレーザ収束光により走査してそ
の透過光の屈折角を測定することにより該円柱状透明体
の一横断面の内部屈折率分布を求める屈折率分布測定装
置において、屈折角測定光学系として、透過光を二方向
へ分岐する光分岐器と、この分岐点から異なる光路位置
に設けられるとともに分岐された光を捕捉してそれぞれ
の光路位置を検出する二個の光線位置を検出する光線位
置検出センサとを有することを特徴とする。
＜作用＞ ある屈折角を有する透過光を光分岐器により二方向に
分岐してそれぞれの光を光線位置検出センサで捕捉し、
屈折角が零の光が入射した場合の位置に対する光線検出
位置を求める。この光線検出位置は、光線位置検出セン
サと光分岐器との光路位置に応じて変化するので、光線
検出位置と光路位置とにより上記透過光の屈折角が求め
られる。
分岐してそれぞれの光を光線位置検出センサで捕捉し、
屈折角が零の光が入射した場合の位置に対する光線検出
位置を求める。この光線検出位置は、光線位置検出セン
サと光分岐器との光路位置に応じて変化するので、光線
検出位置と光路位置とにより上記透過光の屈折角が求め
られる。
＜実 施 例＞ 以下、本発明の屈折率測定方法を適用した屈折率分布
測定装置の一例を図面を参照しながら説明する。
測定装置の一例を図面を参照しながら説明する。
第１図は本実施例の屈折率分布測定装置の要部の構成
を示す説明図である。同図に示すように、前述したよう
にマッチングオイル４を介してマッチングセル５内に保
持されている光ファイバ母材３を透通した光を受ける位
置に、該透過光を二方向に分岐する光分岐器21が設けら
れており、二方向に分岐された光をそれぞれ捕捉するこ
とができる光線位置検出センサ22a,22bが設けられてい
る。これら検出センサ22a,22bは種々の屈折角を有する
透過光の分岐光を捕捉することが可能な受光面積を有す
る光検出素子であり、屈折角が零の透過光の分岐光が入
射した場合を基準として各分岐光の入射位置を検出する
ものである。このような検出センサ22a,22bとして代表
的なものとしては二次元のCCD撮像素子が挙げられる
が、被検体である光ファイバ母材３の屈折率分布が長手
方向に均一であるとすると、光線の屈折は一平面内に生
じるため、一次元のCCDラインセンサを用いてもよい。
を示す説明図である。同図に示すように、前述したよう
にマッチングオイル４を介してマッチングセル５内に保
持されている光ファイバ母材３を透通した光を受ける位
置に、該透過光を二方向に分岐する光分岐器21が設けら
れており、二方向に分岐された光をそれぞれ捕捉するこ
とができる光線位置検出センサ22a,22bが設けられてい
る。これら検出センサ22a,22bは種々の屈折角を有する
透過光の分岐光を捕捉することが可能な受光面積を有す
る光検出素子であり、屈折角が零の透過光の分岐光が入
射した場合を基準として各分岐光の入射位置を検出する
ものである。このような検出センサ22a,22bとして代表
的なものとしては二次元のCCD撮像素子が挙げられる
が、被検体である光ファイバ母材３の屈折率分布が長手
方向に均一であるとすると、光線の屈折は一平面内に生
じるため、一次元のCCDラインセンサを用いてもよい。
これら検出センサ22a,22bは、それぞれ屈折角が零の
透過光の分岐光が垂直に入射し、且つこの場合の光路長
QRaとQRbとが異なるように配置されており、ある屈折角
θを有する透過光の分岐光が入射した位置Ra´,Rb´
を、屈折角が零の透過光の分岐光が入射した位置Ra,Rb
との差であるXa,Xbとして検出するものである。そし
て、このとき、 Xa−Xb＝（▲▼ａ−▲▼ｂ）cosθ＋定数 …
（１） の式が成り立ち、▲▼a,▲▼ｂは定数であるの
で、Xa,Xbを求めれば屈折角θを求めることができる。
但し、ここでのθはマッチングセル５を通過後の屈折角
である。マッチングセル５内の屈折角θ´を求めるには
マッチングセル５窓部の屈折の影響を考慮する必要があ
る。また、（１）式における定数項は設計上でも求めら
れるが、屈折角が既知な光線を用いて実験的に定めても
よい。
透過光の分岐光が垂直に入射し、且つこの場合の光路長
QRaとQRbとが異なるように配置されており、ある屈折角
θを有する透過光の分岐光が入射した位置Ra´,Rb´
を、屈折角が零の透過光の分岐光が入射した位置Ra,Rb
との差であるXa,Xbとして検出するものである。そし
て、このとき、 Xa−Xb＝（▲▼ａ−▲▼ｂ）cosθ＋定数 …
（１） の式が成り立ち、▲▼a,▲▼ｂは定数であるの
で、Xa,Xbを求めれば屈折角θを求めることができる。
但し、ここでのθはマッチングセル５を通過後の屈折角
である。マッチングセル５内の屈折角θ´を求めるには
マッチングセル５窓部の屈折の影響を考慮する必要があ
る。また、（１）式における定数項は設計上でも求めら
れるが、屈折角が既知な光線を用いて実験的に定めても
よい。
このように、各走査位置に対する▲▼ａ´及び
▲▼ｂ´、すなわちXa及びXbを測定し、各Xa,Xb
に対する屈折角θを上記（１）式から求めれば、光ファ
イバ母材３の屈折率分布を求めることができる。
▲▼ｂ´、すなわちXa及びXbを測定し、各Xa,Xb
に対する屈折角θを上記（１）式から求めれば、光ファ
イバ母材３の屈折率分布を求めることができる。
以上述べた屈折角測定光学系は、透過光の位置のみ知
ることができれば、それに応じて移動させる必要はない
ので、基本的には被検体の移動を行うことなく入射光学
系のみを移動させて走査すればよい。また、母材３のサ
イズが大型化し、あるいは屈折角が大きくなって固定し
た分岐器21及び検出センサ22a,22bでは走査による全屈
折光を把えることができなくなった場合には光分岐器21
及び検出センサ22a,22bを一体化して第１図中LL´方向
に移動するようにすればよい。なお、光分岐器21及び検
出センサ22a,22bを一体化したものの重量は高々数十グ
ラムであるので、従来法のように被検体側を移動させる
よりははるかに容易であり、移動機構が簡易化される。
ることができれば、それに応じて移動させる必要はない
ので、基本的には被検体の移動を行うことなく入射光学
系のみを移動させて走査すればよい。また、母材３のサ
イズが大型化し、あるいは屈折角が大きくなって固定し
た分岐器21及び検出センサ22a,22bでは走査による全屈
折光を把えることができなくなった場合には光分岐器21
及び検出センサ22a,22bを一体化して第１図中LL´方向
に移動するようにすればよい。なお、光分岐器21及び検
出センサ22a,22bを一体化したものの重量は高々数十グ
ラムであるので、従来法のように被検体側を移動させる
よりははるかに容易であり、移動機構が簡易化される。
なお、本発明方法では、走査のために入射光学系を移
動させる必要があるが、入射光学系の軽量化は比較的容
易であり、小型のステージに載せて容易に走査すること
ができる。
動させる必要があるが、入射光学系の軽量化は比較的容
易であり、小型のステージに載せて容易に走査すること
ができる。
例えば第２図に示すように、He−Neレーザ１の光をレ
ンズ24で集光して光ファイバ25に入射し、この光ファイ
バ25によりガイドされて出射した光をレンズ26を介して
集光して走査ビームとする構成とした場合、光ファイバ
25の出射側の端部とレンズ26とを架台27上に固設してこ
の架台27をステージ28で移動することにより走査するこ
とができる。
ンズ24で集光して光ファイバ25に入射し、この光ファイ
バ25によりガイドされて出射した光をレンズ26を介して
集光して走査ビームとする構成とした場合、光ファイバ
25の出射側の端部とレンズ26とを架台27上に固設してこ
の架台27をステージ28で移動することにより走査するこ
とができる。
試 験 例 検出センサ22a,22bとして、ピッチ25μm,1024画素の
一次元リニアセンサを用い、これら検出センサ22a,22b
を、光分岐器21との光路位置の差を約25mm異なるように
配置し、これら光分岐器21及び検出センサ22a,22bを一
体構成したものを一次元ステージに載せて測定を行っ
た。
一次元リニアセンサを用い、これら検出センサ22a,22b
を、光分岐器21との光路位置の差を約25mm異なるように
配置し、これら光分岐器21及び検出センサ22a,22bを一
体構成したものを一次元ステージに載せて測定を行っ
た。
外径50mmのシングルモード光ファイバ母材の同一断面
をHe−Neレーザ光で走査し、その屈折角のデータから屈
折率分布を求めた。５回繰り返し測定したところ、平均
屈折率差の測定値の再現性として標準偏差で1.3×10-3
％の値を得た。
をHe−Neレーザ光で走査し、その屈折角のデータから屈
折率分布を求めた。５回繰り返し測定したところ、平均
屈折率差の測定値の再現性として標準偏差で1.3×10-3
％の値を得た。
母材のサイズの違いによる測定誤差をみるために、同
母材を入射する光と直交する方向（第１図中ｙ方向）に
10mm移動して同様に測定し、上述したように母材を光軸
中心に置いた場合のデータと比較したところ、両者の平
均屈折率差の測定値は上記誤差範囲内において一致し
た。
母材を入射する光と直交する方向（第１図中ｙ方向）に
10mm移動して同様に測定し、上述したように母材を光軸
中心に置いた場合のデータと比較したところ、両者の平
均屈折率差の測定値は上記誤差範囲内において一致し
た。
＜発明の効果＞ 以上述べたように、本発明によると、屈折角の直接的
測定が被検体及び屈折角検出光学系の相対的位置を変え
ずに可能となるため、被検体の移動機構が不要となると
ともにシステムが簡素化され、且つ被検体のサイズに影
響されることなく高精度の屈折角測定が可能となる。し
たがって、本発明は光ファイバの大型母材の屈折率分布
の測定に好適である。
測定が被検体及び屈折角検出光学系の相対的位置を変え
ずに可能となるため、被検体の移動機構が不要となると
ともにシステムが簡素化され、且つ被検体のサイズに影
響されることなく高精度の屈折角測定が可能となる。し
たがって、本発明は光ファイバの大型母材の屈折率分布
の測定に好適である。
第１図は本発明の一実施例にかかる屈折率分布測定装置
の屈折角測定光学系を示す説明図、第２図はレーザ光走
査光学系の一例を示す説明図、第３図は従来技術にかか
る光ファイバ母材の屈折率分布の測定光学系を示す説明
図、第４図はその光ファイバ母材内における屈折を示す
説明図である。 図面中、 ３は光ファイバ母材、 21は分岐器、 22a,22bは検出センサである。
の屈折角測定光学系を示す説明図、第２図はレーザ光走
査光学系の一例を示す説明図、第３図は従来技術にかか
る光ファイバ母材の屈折率分布の測定光学系を示す説明
図、第４図はその光ファイバ母材内における屈折を示す
説明図である。 図面中、 ３は光ファイバ母材、 21は分岐器、 22a,22bは検出センサである。
Claims (2)
- 【請求項１】円柱状透明体の一横断面の内部屈折率分布
を求めるに際し、該円柱状透明体を側面からレーザ収束
光により走査してその透過光の屈折角を測定する方法に
おいて、光分岐器により透過光を二方向へ分岐し、これ
ら分岐光を分岐点から異なる光路位置にそれぞれ設けた
二個の光線位置検出センサで捕捉し、これら光線位置検
出センサで検出した光線検出位置とこれら検出センサの
分岐点からの光路位置とから上記透過光の屈折角を求め
ることを特徴とする屈折角測定方法。 - 【請求項２】円柱状透明体を側面からレーザ収束光によ
り走査してその透過光の屈折角を測定することにより該
円柱状透明体の一横断面の内部屈折率分布を求める屈折
率分布測定装置において、屈折角測定光学系として、透
過光を二方向へ分岐する光分岐器と、この分岐点から異
なる光路位置に設けられるとともに分岐された光を捕捉
してそれぞれの光路位置を検出する二個の光線位置を検
出する光線位置検出センサとを有することを特徴とする
屈折率分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6981688A JP2523156B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 屈折角測定方法及び屈折率分布測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6981688A JP2523156B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 屈折角測定方法及び屈折率分布測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01244329A JPH01244329A (ja) | 1989-09-28 |
| JP2523156B2 true JP2523156B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=13413663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6981688A Expired - Fee Related JP2523156B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 屈折角測定方法及び屈折率分布測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2523156B2 (ja) |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP6981688A patent/JP2523156B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01244329A (ja) | 1989-09-28 |
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