JP2577008B2 - 屈折角測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は透明物体を透過する光の屈折角を測定する装
置に関し、特に詳細には、長手方向に均一な特性を有す
る円柱状透明物体の側面よりその一断面をレーザ収束光
により走査し、その透過光の屈折角を測定し、当該円柱
状透明物体の内部屈折率分布を求めるための屈折角測定
装置に関する。

近年、透明物体内部の屈折率を測定する必要性が高ま
ってきている。これは、例えば光ファイバ、光ファイバ
の母材等の品質の確認、不良品の抽出において、特に透
明物体内部の屈折率を測定することが必要となってきて
いるためである。

一般的に、透明物体内部の屈折率を求めるには、その
透明物体にレーザ収束光等を照射し、その照射光がその
透明物体を通過して出射してくる位置をその照射光のそ
れぞれに対して測定し、屈折角を測定することにより屈
折率を測定することができる。これは、屈折率が変化し
ている媒質中を光線が進む時、媒質中の各点でｎ×sin
θ＝一定、（スネルの法則（ｎは屈折率））が成立する
からであり、この法則にしたがって、光線が屈折するこ
とを利用し、照射光の透明物体の各入射点（初期条件）
に対して、透明物体からの出射点の位置を測定し、これ
らの関係を用いて積分計算することにより被測定物たる
透明物体内部の屈折率分布を求めることができるからで
ある。

〔従来技術及びその問題点〕

上記原理を用いて、透明物体の透過した光の屈折角を
測定するための従来の装置の検出光学系を第２（ａ）、
（ｂ）及び（ｃ）図に示す。

第２図（ａ）図に示す検出光学系では、内部の屈折率
を測定されるべき被測定物体１に、レーザ発光装置２よ
り発したレーザ収束光３を照射し、そのレーザ収束光３
の被測定物の透過光をセンサー４により検知する。そし
て、このセンサー４を被測定物１の周りで第２（ａ）図
に点線で示すように回転させ、センサー４の受光パワー
が最大となるセンサー４の回転位置から透過光の出射位
置を検知していた。そして、この出射位置から入射した
レーザ収束光の屈折角を求め、その屈折角より屈折率を
求めていた。しかし、このような方法では、レーザ収束
光で被測定物体を走査して、被測定物体への入射点を変
える毎に、センサー４を被測定物体の周りで機械的に移
動される必要がある、その為、被測定物体の一断面の屈
折率の分布を測定する際、多くの機械的走査を必要と
し、測定時間がかかるという問題があった。

また、このようなセンサーの機械的移動を行わない方
法としては、第２（ｂ）図に示すものが知られている。
この第２（ｂ）図では、第２（ａ）図に示すセンサー４
の代わりに２次元のイメージセンサー５を用いて、被測
定物体１の透過光の２次元センサー５上での受光位置を
検知し、その受光位置と被測定物体へのレーザ収束光の
入射位置との関係より被測定物体１への入射に対する屈
折角を求め、それに基づいて、被測定物体内の屈折率の
分布を求めていた。更に、被測定物１の屈折率が大きい
場合には、第２（ｃ）図のように、第２（ｂ）図の２次
元イメージセンサー５と被測定物体１との間にレンズ5a
を配し、このレンズ５により被測定物体から出射した光
束を２次元イメージセンサー５の方へ向け、小さな２次
元イメージセンサーでも、大きな被測定物の屈折率の分
布を測定することが出来るようにしたものも提案されて
いる。

この様な２次元イメージセンサーを利用する方法で
は、被測定物からの出射光の２次元イメージセンサー上
での位置を短い時間で把えることは出来るが、その位置
を画像処理により認識するためには、その解析プログラ
ムに工夫を要し、更に、その様なプログラムは複雑とな
り、屈折角を測定する時間が長くなるという問題があっ
た。

以上の問題点を解決し、比較的短時間で、被測定物体
の各入射点に於ける屈折角を順次測定し、長手方向に均
一な透明な被測定物内部の屈折率を測定を可能にする屈
折角測定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に従う屈折角測定装置は、長手方向に均一な円
柱状の透明体である被測定物にレーザ光を照射する手段
と、被測定物を透過したレーザ光を受光する複数の受光
素子が被測定物体への入射光に対して直交し、且つ被測
定物体の長手方向に対して直交し、更に入射光と屈折光
のなす平面内に位置するように配置された、１次元のイ
メージセンサからなる受光手段とを備え、受光手段は各
受光素子の整列方向に対する垂直方向の幅がそのピッチ
幅より十分大きく、受光手段からの出力と照射する手段
の被測定物に於ける照射位置との関係よりレーザ光の被
測定物への入射点に於ける屈折角を測定することを特徴
とする。

〔作用〕

本発明の適応される屈折角測定装置は、本発明では、
被測定物を透過した光の出射位置の測定及び、信号処理
の時間の短縮のため１次元のイメージセンサーを使用
し、更に、被測定物の屈折率の不均一性に基づく出射光
の振れを吸収するため、１次元イメージセンサーの長手
方向に垂直方向の幅を１次元イメージセンサーの各受光
素子のピッチ間隔に対して大きくし、出射光の１次元イ
メージセンサーの長手方向への出射を１次元イメージセ
ンサーへ向け振れを吸収するようにする。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う走査型屈折率測定
装置について説明する。

以下に説明する各図において、同一の符号を付した要
素は同一の機能、作用を有する要素であり、したがっ
て、重複した説明は省略する。

第１（ａ）図は本発明に従う第１の実施例である屈折
率測定装置の構成を示す。第１（ａ）図に示すように本
発明に従う走査型屈折率測定装置はレーザ収束光３を被
測定物体１に照射するレーザ発光装置２と、このレーザ
発光装置２に対して被測定物１を介して反対側に配置さ
れる１次元イメージセンサー７とより構成され、この１
次元イメージセンサー７は複数の受光素子７−１、７−
２、…７−ｎより構成され、この１次元イメージセンサ
ー７の受光素子が被測定物体１の入射光に対して、か
つ、被測定物体１の長手方向に対して直交するように、
更に、入射光３と屈折光９とのなす平面内に位置するよ
うに配置される。更に、この１次元イメージセンサー７
はその受光素子の長手方向に垂直方向の幅（第１（ａ）
図上でａ）がその受光素子のピッチ間隔（第１（ａ）図
上でｂ）に対して大きくなっている。

このように１次元センサー７をこのように構成してお
く理由は、長手方向に均一な透明被測定物内部の屈折率
の測定において、必要とされる透過光の出射角は１次光
のふれ角に関する情報であり、例えば、光ファイバ母材
を被測定物とした場合には、コア母材の製造プロセスに
起因して、母材の長手方向に微細な屈折率変化が存在
し、レーザ収束光で母材を走査したときに透過光の出射
は、第２（ａ）及び（ｂ）図の光束3aで示すように母材
の長手方向にも若干の角度振れをを生じる。しかし、こ
の様な被測定物体の長手方向の出射光の振れを吸収する
ことは好ましいことであり、そのため上記のような出射
光の長手方向の振れを吸収できるように１次元イメージ
センサー７を構成する。

ここで、この様ないわゆる幅の広い１次元イメージセ
ンサーの代わりに、第１（ｂ）図に示すように、通常の
１次元イメージセンサー８とその前面に配置したシリン
ドリカルレンズ９との組み合わせを用いて、上記出射光
の振れを吸収することもできる。更に、第１（ａ）図に
示す幅の広い１次元イメージセンサーと第１（ｂ）図に
示すシリンドリカルレンズとを組み合わせて、屈折率の
大きい被測定物体の屈折率分布を測定することも出来
る。

更に、第１（ａ）図では、被測定物体１と１次元イメ
ージセンサー７との間にレンズを設けていないが、被測
定物体１の屈折角が大きく１次元イメージセンサー７で
全ての屈折光をカバー出来ない場合には、第２（ｃ）図
のように一旦口径の大きなレンズ系を介して屈折光を縮
小した後に１次元イメージセンサーを配してもよい。

この１次元イメージセンサー７はドライバ10により駆
動され、その各受光素子の受光パワーに応じた出力は順
次読み出され、その出力信号はA/Dコンバータ11に送ら
れ、その最大出力示す受光素子が特定され、その受光素
子の位置と、レーザ収束光の被測定物体１への入射位置
とより、屈折角を求める演算が実行される。更に、演算
により求められた屈折角より、屈折率を求める。そして
順次、レーザ収束光の被測定物体への入射位置を変え、
被測定物体内部の屈折率分布を求めることができる。

以上の構成の屈折角測定装置を用いて実際に直径25mm
のシングルモード光ファイバ母材の屈折角の測定結果と
第２（ｃ）図に示す従来の装置の測定結果との比較を行
った。

この測定では、マッチングセル内に直径25mmのシング
ルモード光ファイバ母材を固定し、He−Neレーザ収束光
を照射した。マッチングセルを、パルスモータスステー
ジに載せ、30μｍステップで移動した時のコア内の屈折
率分布に起因する屈折角を測定した。１次元イメージセ
ンサーとしては25μｍ×2.5mmの受光素子を1000素子並
べたもの（25mm×2.5mm）を用いた。そして、被測定物
体である母材の中心より70mmの位置にこの１次元イメー
ジセンサーを固定し、屈折角の測定を行った。以下の表
に本発明の屈折角測定装置でおこなった場合と第２
（ｃ）図に示す従来の装置の場合での測定結果の再現性
及び測定時間の比較結果を示す。そして、この表で、従
来の装置の場合を１として比較してある。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく種々の変
形例が考えられ得る。

〔発明の効果〕 上記のように構成することにより、本発明の屈折角測
定装置では、１次元イメージセンサーを検出器として採
用したことにより、測定データが１次元情報として得ら
れその結果、測定時間が前に示した表の如く、従来の装
置と比較して、大巾に短縮される。

更に、幅の広い１次元イメージセンサーを採用する
と、コア内の長手方向の屈折率の微妙な変化に起因する
振れた屈折光を捕らえ且つ、受光信号の積算化（平均
化）が行え、その結果、測定値の再現性が先に示した表
の如く大きく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う実施例の構成図、 第２図は、従来例の構成図である。 １……被測定物体、２……レーザ発光装置、３……レー
ザ収束光、７……１次元イメージセンサー、９……シリ
ンドリカルレンズ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】屈折角測定装置において 長手方向に均一な円柱状の透明体である被測定物にレー
   ザ光を照射する手段と、被測定物を透過したレーザ光を
   受光する複数の受光素子が被測定物体への入射光に対し
   て直交し、且つ被測定物体の長手方向に対して直交し、
   更に入射光と屈折光のなす平面内に位置するように配置
   された、１次元のイメージセンサからなる受光手段と、 を備え、 前記受光手段は各受光素子の整列方向に対する垂直方向
   の幅がそのピッチ幅より十分大きく、 前記受光手段からの出力と照射する手段の被測定物に於
   ける照射位置との関係よりレーザ光の被測定物への入射
   点に於ける屈折角を測定することを特徴とする屈折角測
   定装置。