JP2533118B2 - Optical fiber outer diameter measuring method - Google Patents
Optical fiber outer diameter measuring methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光ファイバの外径を光学的に測定する光フ
ァイバの外径測定方法に関する。The present invention relates to an optical fiber outer diameter measuring method for optically measuring the outer diameter of an optical fiber.
光通信の拡大化、伝達情報の大容量化に伴ない、外径
数10μｍの光ファイバを高精度に接続する接続技術が要
求されているが、この高精度の接続を実現するには、被
接続光ファイバの外径をサブミクロン単位の精度で検知
しなければならない。Along with the expansion of optical communication and the large capacity of transmitted information, a connection technology for connecting optical fibers with an outer diameter of 10 μm with high accuracy is required. The outer diameter of the connecting optical fiber must be detected with sub-micron accuracy.
そのため従来は、第６図に示すような顕微鏡法による
光ファイバの外径測定がなされていた。これは、光源１
の光をまず入射用レンズ２で光ファイバ３の入射端面に
集光する。Therefore, conventionally, the outer diameter of the optical fiber has been measured by the microscope method as shown in FIG. This is the light source 1
The light is first focused on the entrance end face of the optical fiber 3 by the entrance lens 2.
この集光された光源１の照明光は光ファイバ３のコア
内を貫通するが、クラッド部の光は伝播する間に放射、
吸収により減衰するので、光源１の照明光は観測端面3a
においてはコア部の照明光となる。The condensed illumination light of the light source 1 penetrates through the core of the optical fiber 3, but the light of the clad portion is emitted while propagating,
Since it is attenuated by absorption, the illumination light of the light source 1 is observed at the end face 3a.
Is the illumination light of the core part.
一方、光源10からの照明光はハーフミラー９を介して
観測端面3aを照明し、この光がクラッド部の照明光とな
る。On the other hand, the illumination light from the light source 10 illuminates the observation end face 3a via the half mirror 9, and this light becomes the illumination light of the clad portion.
光ファイバ３の出射端面（観測端面）3aの後方には、
撮像管４が光ファイバ端面3aをレンズ８を用いて観測で
きる位置に設けられている。この撮像管４はモニタTV5
に接続されており、このモニタTV5は光ファイバ３の観
測端面3aの端面像（光強度分布）を拡大して映し出すこ
とができる。モニタTV上、Ａ−Ａ′間の輝度分布は図に
示すようになる。ところが、この方法で光ファイバの外
径を測定する場合、以下の問題点がある。Behind the emission end face (observation end face) 3a of the optical fiber 3,
The image pickup tube 4 is provided at a position where the optical fiber end face 3a can be observed using the lens 8. This image pickup tube 4 is a monitor TV5
This monitor TV5 is capable of enlarging and displaying an end face image (light intensity distribution) of the observation end face 3a of the optical fiber 3. The brightness distribution between A-A 'on the monitor TV is as shown in the figure. However, when the outer diameter of the optical fiber is measured by this method, there are the following problems.
まず、光ファイバの切断は、切断しようとする光ファ
イバを円筒状のものに添わして曲げておき、鋭利な刃物
を押し当てて傷をつけ、同時に曲げによる引張り張力を
加えて切断する方法でなされるため、上記外周部につけ
た傷がそのまま残り、その部分のデータは信頼性が低く
なる。First of all, the cutting of the optical fiber is performed by bending the optical fiber to be cut along with the cylindrical one and pressing it with a sharp blade to scratch it, and at the same time cutting by applying tensile tension by bending. Since this is done, the scratches on the outer peripheral portion remain, and the data of that portion becomes less reliable.
また、光ファイバを切断すると、その端面は光軸に対
して一定のたおれ角を有するので、この場合モニターTV
5の上部と下部（あるいは、左部と右部）で観測倍率が
異なり絶対値の較正が困難となる。Also, when the optical fiber is cut, its end face has a constant deflection angle with respect to the optical axis.
The observation magnification is different between the upper part and the lower part (or the left part and the right part) of 5, making it difficult to calibrate the absolute value.
第７図は従来の測定方法により得られる光ファイバの
出射端面における光強度分布を示すものであり、
（ロ）、（ハ）部は光源１による照明、（イ）、（ニ）
部は光源10による照明により生じたものである。FIG. 7 shows the light intensity distribution at the exit end face of the optical fiber obtained by the conventional measuring method,
(B) and (C) are illumination by the light source 1, (A), (D)
The parts are caused by illumination by the light source 10.
第７図に示すように、光ファイバの端面における光強
度分布（イ）、（ニ）部は撮像管特性（ニジミ）により
完全なステップ型ではなくある程度傾斜しているので
（イ）、（ニ）部の認識においてはスレッシュホールド
・レベルを定めて計測しなければならない。しかし
（イ）、（ニ）部の輝度分布は使用する素子の特性（γ
特性等）、照明光の性質に依存するため、この方法では
光ファイバの外径の高精度な測定は困難である。As shown in FIG. 7, since the light intensity distributions (a) and (d) on the end face of the optical fiber are not a perfect step type due to the characteristics of the image pickup tube (blurring), they are inclined to some extent (a), (d). The threshold level must be set and measured for the recognition of the section. However, the luminance distributions of the parts (a) and (d) depend on the characteristics (γ
It is difficult to measure the outer diameter of the optical fiber with high accuracy by this method, since it depends on the characteristics of the illumination light).
すなわち、従来の方法では外径測定値の高精度な測定
は困難であり、信頼性に欠けるという欠点があった。That is, the conventional method has a drawback in that it is difficult to measure the outer diameter measurement value with high accuracy and lacks reliability.
そこでこの発明は、光ファイバの外径を高精度に測定
し、信頼性の高い光ファイバの外径測定方法を提供する
ことを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a highly reliable method for measuring the outer diameter of an optical fiber by measuring the outer diameter of the optical fiber with high accuracy.
本願の光ファイバの外径測定方法は、光ファイバに光
を照射し当該光ファイバの外径を光学的に測定する光フ
ァイバの外径測定方法において、単色光の光束を平行化
し、光ファイバの光軸直交方向から光ファイバ側面に照
射する平行単色光照射ステップと、単色光の照射により
光ファイバ近傍の空間中に生じる光強度分布を撮像素子
上に拡大投影する撮像ステップを有し、拡大撮影された
画像を走査することにより輝度分布を観測し、光ファイ
バ外縁部相当箇所に表われるフレネル回折縞の位置を測
定することにより光ファイバの外径を算出することを特
徴とする。The optical fiber outer diameter measuring method of the present application is an optical fiber outer diameter measuring method of irradiating an optical fiber with light to optically measure the outer diameter of the optical fiber. It has a parallel monochromatic light irradiation step of irradiating the side surface of the optical fiber from the direction orthogonal to the optical axis, and an imaging step of enlarging and projecting the light intensity distribution generated in the space near the optical fiber due to the irradiation of the monochromatic light onto the image sensor. The brightness distribution is observed by scanning the formed image, and the outer diameter of the optical fiber is calculated by measuring the position of the Fresnel diffraction fringes appearing at the location corresponding to the outer edge of the optical fiber.
また、平行単色光照射ステップにおいて、単色光の光
束を光ファイバの光軸に平行な方向にのみ集光し、光フ
ァイバの光軸に直交する方向から光ファイバ側面に照射
することを特徴としてもよい。Further, in the parallel monochromatic light irradiation step, the light flux of monochromatic light is condensed only in the direction parallel to the optical axis of the optical fiber, and the side surface of the optical fiber is irradiated from the direction orthogonal to the optical axis of the optical fiber. Good.
この発明は以上のように構成されるので上記目的を達
成するように作用し、光ファイバの外径測定値の高精度
化、信頼性の向上が可能となる。Since the present invention is configured as described above, it works to achieve the above object, and it becomes possible to improve the accuracy and reliability of the measured value of the outer diameter of the optical fiber.
第１図はこの発明に係る光ファイバの外径測定方法の
工程を示す工程図であり、第２図はこの発明が適用され
る光ファイバの外径測定装置、第３図はそのときの回折
像を示す図である。FIG. 1 is a process drawing showing the steps of an optical fiber outer diameter measuring method according to the present invention, FIG. 2 is an optical fiber outer diameter measuring device to which the present invention is applied, and FIG. 3 is diffraction at that time. It is a figure which shows an image.
最初にこの発明が適用される光ファイバの外径測定装
置の一実施例を第２図に基づいて説明する。First, an embodiment of an optical fiber outer diameter measuring device to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
なお、同一要素には同一符号を使用し、重複した説明
は省略する。The same elements will be denoted by the same reference signs, without redundant description.
単色光を発光する光源６は、測定すべき光ファイバ３
の光軸に対して垂直方向に配置されており、光ファイバ
３の側面を照射できるようになっている。この光源６と
しては、例えば単色性の強い高精度LEDが用いられる。
レンズ２は例えばコリメータレンズが使われており、上
記光源６と光ファイバ３との間に置かれ、光源６の単色
光を平行化する。従って、光源６は上記レンズ２の焦点
位置に設置されている。この光ファイバ３の影となる側
面と対向する位置には対物レンズ８を介して撮像管４が
設けられており、光ファイバ３の回折像が拡大投影され
る。この撮像管４はモニターTV5に接続されており、拡
大された回折像が映し出される。ここで映し出される観
測面は、光ファイバ３の中心を横切る面P0から対物レン
ズ８よりの観測面P1である。なお、上記光源６とレンズ
２及び撮像管４は同一直線上に配置されており、光ファ
イバ３の光軸はこれと直交するようにして置かれる。The light source 6 that emits monochromatic light is the optical fiber 3 to be measured.
Is arranged in a direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber, and the side surface of the optical fiber 3 can be illuminated. As the light source 6, for example, a high-precision LED having strong monochromaticity is used.
As the lens 2, for example, a collimator lens is used, which is placed between the light source 6 and the optical fiber 3 and collimates the monochromatic light of the light source 6. Therefore, the light source 6 is installed at the focal position of the lens 2. An image pickup tube 4 is provided via an objective lens 8 at a position facing a side surface of the optical fiber 3 which is a shadow, and a diffraction image of the optical fiber 3 is enlarged and projected. This image pickup tube 4 is connected to a monitor TV 5 and an enlarged diffraction image is displayed. The observation plane displayed here is from the plane P 0 that crosses the center of the optical fiber 3 to the observation plane P 1 from the objective lens 8. The light source 6, the lens 2 and the image pickup tube 4 are arranged on the same straight line, and the optical axis of the optical fiber 3 is placed so as to be orthogonal to this.
次に光ファイバの測定方法を第１図乃至第３図に基づ
いて説明する。Next, a method of measuring the optical fiber will be described with reference to FIGS.
第１図に示す第１の工程では、光源６から発せられた
単色光をレンズ２を介して平行化しこれを光ファイバ３
の側面に照射する。従って、この平行単色光の光軸は光
ファイバ３の光軸と直交する。In the first step shown in FIG. 1, the monochromatic light emitted from the light source 6 is collimated through the lens 2 and the collimated monochromatic light is converted into the optical fiber 3
Irradiate the side of. Therefore, the optical axis of the parallel monochromatic light is orthogonal to the optical axis of the optical fiber 3.
第２の工程では、上記平行化された単色光の照射によ
り生じた光ファイバ３の観測面P1の画像を例えば対物レ
ンズ８で拡大し、撮像管４に投影する。撮像管４にはモ
ニターTV5が接続されているので、第３の工程で拡大さ
れた光ファイバの画像がモニターTVで観測される。画像
の拡大は撮像管４の対物レンズ８を介してなされるが観
測すべき光ファイバのサイズにより適当な倍率が選択さ
れる。In the second step, the image of the observation plane P 1 of the optical fiber 3 generated by the irradiation of the collimated monochromatic light is enlarged by, for example, the objective lens 8 and projected on the image pickup tube 4. Since the monitor TV 5 is connected to the image pickup tube 4, the image of the optical fiber enlarged in the third step is observed on the monitor TV. The image is magnified through the objective lens 8 of the image pickup tube 4, but an appropriate magnification is selected depending on the size of the optical fiber to be observed.
次に第４工程では、モニターTV5に映された光ファイ
バ３の画像のＢ−Ｂ′の輝度分布を求める。この実施例
のように設定した場合、第３図のような分布となる。Next, in the fourth step, the BB ′ luminance distribution of the image of the optical fiber 3 displayed on the monitor TV5 is obtained. When set as in this embodiment, the distribution is as shown in FIG.
ここで重要なことは、平行性が高く、スペクトル幅の
狭い、という単色性を有する照明光を使用しているた
め、第３図の（ト）、（チ）のような回折縞が光ファイ
バ外縁部に相当する部分に表われる点である。この輝度
分布から回折縞の第１ピーク（ホ）と（ヘ）間の距離Ｘ
を求める。このＸは光ファイバの外径Ｙと線形的関係を
有し、 Ｙ＝aX＋ｂ（a,bは定数） …（１） という一次式で表わすことができる。ここでa,bは観測
系の倍率及び光ファイバ３の中心を横切る面P0と観測面
P1との平面間垂直距離ΔＸに依存する量である。従っ
て、測定においてΔＸを一定に設定しておき、a,bを予
め求めておくことにより第５工程で回折縞の距離Ｘから
光ファイバ３の外径Ｙを求めることができるのである。What is important here is that since the illumination light having the monochromaticity that the parallelism is high and the spectral width is narrow is used, diffraction fringes such as (g) and (h) in FIG. This is the point that appears in the portion corresponding to the outer edge. From this luminance distribution, the distance X between the first peaks (e) and (f) of the diffraction fringes
Ask for. This X has a linear relationship with the outer diameter Y of the optical fiber, and can be represented by a linear expression of Y = aX + b (a and b are constants) (1). Where a and b are the magnification of the observation system and the plane P 0 that crosses the center of the optical fiber 3 and the observation plane.
It is an amount depending on the vertical distance ΔX between the planes with P 1 . Therefore, the outer diameter Y of the optical fiber 3 can be obtained from the distance X of the diffraction fringes in the fifth step by setting ΔX constant in the measurement and previously obtaining a and b.
第４図はこの発明による光ファイバの外径測定方法の
測定値を接触式の精密測定器で測った測定値を比較した
ものである。FIG. 4 compares the measured values of the optical fiber outer diameter measuring method according to the present invention with those measured by a contact type precision measuring device.
ここで被検サンプルとして外径が概略125μｍの石英
ファイバを数種使用し、光源として波長0.73μｍ、出力
10mwのLED、検出器として観測倍率60倍の撮像管を用い
た。また、X,Yの値として光ファイバを30゜毎に測定し
た12個のデータの平均値を用いている。Here, several kinds of quartz fibers with an outer diameter of approximately 125 μm were used as test samples, and the wavelength of light was 0.73 μm and the output was used.
A 10 mw LED and an image pickup tube with an observation magnification of 60 times were used as a detector. As the X and Y values, the average value of 12 data obtained by measuring the optical fiber every 30 ° is used.
第４図によれば、両者の間には明瞭な直線関係があ
り、すなわち、この発明に係る測定方法による測定値と
精密測定器による測定値とかなり一致することが確認さ
れた。According to FIG. 4, it was confirmed that there is a clear linear relationship between the two, that is, the measured value by the measuring method according to the present invention and the measured value by the precision measuring device are in good agreement.
なお、ここでは撮像管の較正をマイクロスケールを用
いて行っているため、（１）式においてａ＝1,b＝０と
なっている。また、この発明に係る方法を用いた場合の
同一光ファイバの外径測定値の再現性（Ｎ＝10での標準
偏差）は0.01μｍとなった。Since the image pickup tube is calibrated using a microscale here, a = 1 and b = 0 in the equation (1). The reproducibility (standard deviation at N = 10) of the measured value of the outer diameter of the same optical fiber when the method according to the present invention was used was 0.01 μm.
第５図はこの発明に係る外径測定方法が適用される測
定装置の一実施例を示すもので、相違点は、単に単色光
６を平行化するだけでなく、モニターTVに映し出された
画像における輝度分布の走査に支障のないように一定方
向に集光する点である。集光手段としては、例えばシリ
ンドリカルレンズ７がある。この場合、光ファイバの外
径測定という目的から、走査方向は光ファイバの光軸直
交方向に限られるので、シリンドリカルレンズ７は光フ
ァイバの光軸方向に集光できるように置かれる。すなわ
ち、第７図で示すようにシリンドリカルレンズの曲率半
径が無限大となる長軸（長手方向）と光ファイバの光軸
が直交するように置かれる。FIG. 5 shows an embodiment of a measuring apparatus to which the outer diameter measuring method according to the present invention is applied. The difference is not only that the monochromatic light 6 is collimated, but also the image displayed on the monitor TV. It is a point where light is condensed in a certain direction so as not to hinder the scanning of the luminance distribution in. As the condensing means, for example, there is a cylindrical lens 7. In this case, since the scanning direction is limited to the direction orthogonal to the optical axis of the optical fiber for the purpose of measuring the outer diameter of the optical fiber, the cylindrical lens 7 is placed so as to collect light in the optical axis direction of the optical fiber. That is, as shown in FIG. 7, the cylindrical lens is placed so that the major axis (longitudinal direction) in which the radius of curvature of the cylindrical lens is infinite and the optical axis of the optical fiber are orthogonal to each other.
この測定方法によれば、単色光６の出力を増加するこ
となく高精度の情報を得ることができ、外径測定値の精
度の向上、信頼性の向上が図れる。According to this measuring method, highly accurate information can be obtained without increasing the output of the monochromatic light 6, and the accuracy of the outer diameter measurement value and the reliability can be improved.
この発明は以上のように構成されるので、光ファイバ
切断の際の傷により、データの信頼性が低下することも
なく、また、いわゆるたおれ角によりモニターTVの観測
倍率に誤差を生ずることもない。Since the present invention is configured as described above, the reliability of data does not deteriorate due to a scratch at the time of cutting an optical fiber, and an error in the observation magnification of a monitor TV does not occur due to a so-called tilt angle. .
従ってこの発明による光ファイバの外径測定方法を用
いれば光ファイバの外径を高精度かつ、信頼性高く測定
することができる。Therefore, by using the optical fiber outer diameter measuring method according to the present invention, the outer diameter of the optical fiber can be measured with high accuracy and reliability.
また、モニターTVの輝度分布観測位置を例えばＢ−
Ｂ′からＣ−Ｃ′にずらすことによりあるいは光ファイ
バ３を光軸方向に移動させることにより、他の部分の外
径測定が容易にできる。In addition, the brightness distribution observation position of the monitor TV is, for example, B-
By shifting from B ′ to CC ′ or moving the optical fiber 3 in the optical axis direction, the outer diameter of other portions can be easily measured.
第１図はこの発明に係る外径測定方法の工程を示す工程
図、第２図はこの発明が適用される光ファイバの外径測
定装置を示す図、第３図は第２図の測定装置における光
ファイバの回折像を示す図、第４図は測定データの比較
図、第５図はこの発明が適用される光ファイバの外径測
定装置の一実施例を示す図、第６図は従来の外径測定方
法を説明するための図、第７図は第６図の測定装置にお
ける光ファイバの出射端面における光強度分布（ニアフ
ィールドパターン）を示す図である。 １……光源、２……レンズ、３……光ファイバ、４……
撮像管、５……モニターTV、６……単色光源、７……シ
リンドリカルレンズ、８……対物レンズ、９……ハーフ
ミラー、10……光源。FIG. 1 is a process diagram showing steps of an outer diameter measuring method according to the present invention, FIG. 2 is a view showing an optical fiber outer diameter measuring device to which the present invention is applied, and FIG. 3 is a measuring device of FIG. 4 is a diagram showing a diffraction image of an optical fiber in FIG. 4, FIG. 4 is a comparison diagram of measurement data, FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of an optical fiber outer diameter measuring device to which the present invention is applied, and FIG. FIG. 7 is a view for explaining the outer diameter measuring method of FIG. 7, and FIG. 7 is a view showing a light intensity distribution (near field pattern) on the emitting end face of the optical fiber in the measuring apparatus of FIG. 1 ... Light source, 2 ... Lens, 3 ... Optical fiber, 4 ...
Image pickup tube, 5 ... Monitor TV, 6 ... Monochromatic light source, 7 ... Cylindrical lens, 8 ... Objective lens, 9 ... Half mirror, 10 ... Light source.
Claims (2)
外径を光学的に測定する光ファイバの外径測定方法にお
いて、 単色光の光束を平行化し、前記光ファイバの光軸直交方
向から前記光ファイバ側面に照射する平行単色光照射ス
テップと、 前記単色光の照射により前記光ファイバ近傍の空間中に
生じる光強度分布を撮像素子上に拡大投影する撮像ステ
ップを有し、 前記拡大撮影された画像を走査することにより輝度分布
を観測し、前記光ファイバ外縁部相当箇所に表われるフ
レネル回折縞の位置を測定することにより前記光ファイ
バの外径を算出することを特徴とする光ファイバの外径
測定方法。1. A method for measuring an outer diameter of an optical fiber by irradiating an optical fiber with light to optically measure the outer diameter of the optical fiber, wherein a light flux of monochromatic light is collimated, and the optical fiber is orthogonal to an optical axis of the optical fiber. A parallel monochromatic light irradiation step of irradiating the side surface of the optical fiber; and an imaging step of enlarging and projecting a light intensity distribution generated in the space near the optical fiber by the irradiation of the monochromatic light onto an image sensor, The brightness distribution is observed by scanning the image, and the outer diameter of the optical fiber is calculated by measuring the position of the Fresnel diffraction fringes appearing at the position corresponding to the outer edge of the optical fiber. Outer diameter measuring method.
み集光し、前記光ファイバの光軸に直交する方向から前
記光ファイバ側面に照射することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光ファイバの外径測定方法。2. In the step of irradiating parallel monochromatic light, a light flux of monochromatic light is condensed only in a direction parallel to the optical axis of the optical fiber, and is directed from a direction orthogonal to the optical axis of the optical fiber to the side surface of the optical fiber. Irradiation is performed, The outer diameter measuring method of the optical fiber of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (5)
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1987
- 1987-05-14 JP JP62117488A patent/JP2533118B2/en not_active Expired - Fee Related
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