JP6380943B1

JP6380943B1 - 反射光測定装置

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Publication number: JP6380943B1
Application number: JP2017126485A
Authority: JP
Inventors: 田中　雅之; 雅之田中
Original assignee: OPT GATE CO., LTD.
Current assignee: OPT GATE CO., LTD.
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: JP2019007922A; WO2019004108A1

Abstract

【課題】光コネクタ内の不良個所の発生位置を特定すると共に、不良で発生する反射光の数値化を行うことができる反射光測定装置を提供する。【解決手段】反射光測定装置１は、レーザー光源２と、この測定レーザー光Ｌを分岐するビームスプリッタ３と、光路長を調整可能な参照ミラー４と、被測定コネクタ内の不良個所において反射した測定レーザー光及び参照ミラー４で反射した参照レーザー光を受光する光測定器５とから構成されている。光減衰器Ｇ、校正用被測定コネクタＣ’及び反射ミラーＭを、反射光測定装置１に接続して、基準設定された反射光量を、光測定器５で受光した時に得られた電圧値を用いて仮想線を作成する。この仮想線を演算制御部に記憶し、反射光測定装置１の光測定器５で得られた出力電圧に対して、仮想線Ｐ上の反射光量の減衰率、つまり反射レベルを出力することができる。【選択図】図６

Description

本発明は、光ファイバ同士を接続する光コネクタ内での光ファイバの亀裂、断線等の不良個所を特定すると共に、不良個所で発生する反射光を測定して数値化する光コネクタの反射光測定装置に関するものである。

光ファイバは主材料にガラスを用いているために、断線や亀裂が生じ易いという問題点がある。特に、光コネクタ内への加工時に、光ファイバに応力が加わり光コネクタ内で断線が発生することがある。

そして、この光コネクタ内での断線発生直後の状態では、断線個所の光ファイバ同士が密着しているため、光量は殆ど変化することなく光ファイバ内を伝達される。また、光ファイバの断線面に筋状の凹凸がなく鏡面状であって、断線面が斜面状の場合には反射光が極めて微弱となる。このような断線個所による反射光が殆どない断線、所謂隠れ断線の場合には、使用開始当初に問題が発生することは殆どない。

しかし、この隠れ断線は長時間経過すると、光コネクタに用いている接着剤の温度変化に伴う膨張収縮の繰り返しや、光コネクタに加わる振動等により、隠れ断線している部分において光ファイバ同士が徐々に離間し、光ファイバの伝達性能を劣化させ、通信障害等を引き起す虞れがある。

そこで、光ファイバの光コネクタへの組付直後には、断線個所で発生する光反射を利用した断線検査が行われている。特許文献１には、光干渉方式を用いて、光ファイバ全長における欠陥の位置と大きさとを測定する光ファイバ測定装置が記載されている。

特開平７−８３７９０号公報

光コネクタに光ファイバを組込んで販売する光ファイバケーブルのメーカーは、例えば特許文献１の測定装置等を用いて製品ごとに断線の状態を検査してから良品のみを出荷している。そして、出荷後に隠れ断線が発見された場合には、メーカー側では出荷の際に断線に伴う反射光をどの程度のレベルまで検査したかについて、証明できることが好ましい。

しかし、上述の特許文献１に記載の測定装置では、光ファイバの反射光の強弱から大まかな断線状態を測定することはできるが、隠れ断線のような微弱な反射光しか得られない場合には、断線個所における反射光を数値で提示するほどに精度の良い測定を行うことができない。従って、どの程度の反射光レベルまで測定装置の出荷時に検査したかについて、ユーザー側に説明できないという問題がある。

そこで、メーカー側では断線状態における測定装置の出射光に対して、どの程度のレベルまでの反射光を検査したのかを数値化して求め、計測可能な所定の反射率まで試験をしたという品質を保証し得る検査装置が望まれている。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、光コネクタ内の亀裂や断線等の不良個所の発生位置を求め、この不良個所からの反射光が微弱であっても、信頼性が高い反射光の数値化を行うことができる光コネクタの反射光測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る光コネクタの反射光測定装置は、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光を透過する測定レーザー光と反射する参照レーザー光とに分岐するビームスプリッタと、前記参照レーザー光の光路長を調整可能な光路長可変機構を有する参照ミラーと、被測定コネクタ内の光ファイバの不良個所において反射した前記測定レーザー光及び前記参照ミラーで反射した前記参照レーザー光とを前記ビームスプリッタを介して受光する光測定器とを備え、演算制御部を接続し、前記光測定器で受光する２つの前記レーザー光による干渉光に基づいて、前記不良個所を検出する反射光測定装置であって、前記演算制御部は、入射光を所定の減衰率で減衰させた前記測定レーザー光と、前記参照レーザー光とによる干渉光の前記光測定器での測定値、及び前記所定の減衰率を基準点とした仮想線を記憶しており、前記不良個所において反射した前記測定レーザー光及び前記参照レーザー光による干渉光に基づいて、前記被測定コネクタ内の前記不良個所を検出した場合は、前記仮想線に基づいて前記干渉光に対応する減衰率に相当する反射率を、算出して数値化することを特徴とする。

本発明に係る光コネクタの反射光測定装置によれば、反射光が極めて微弱な光コネクタ内の断線や亀裂等の不良個所について、その位置を検出すると共に、出射光に対してどの程度のレベルまで反射光を検査したかを数値化して出力することができる。

実施例の反射光測定装置の構成図である。不良個所の距離と干渉光の反射レベルとの関係のグラフ図である。光測定器を用いて基準となる光減衰器の特性データを得るための構成図である。光減衰器の特性データのグラフ図である。基準設定処理を行う場合の構成図である。校正線を得るための構成図である。反射光測定装置で使用する校正線のグラフ図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例の反射光測定装置１の構成図であり、この反射光測定装置１に図示しない接続用光コネクタを介して、検査すべき被測定コネクタＣが接続されている。この反射光測定装置１による被測定コネクタＣに対する断線等の不良個所の検査は、マイケルソン干渉計の原理を基本としている。

反射光測定装置１は、低干渉光である測定レーザー光Ｌを出射するレーザー光源２と、この測定レーザー光Ｌを透過する測定レーザー光Ｌ１と反射する参照測定レーザー光Ｌ２とに光量を等分に分岐するビームスプリッタ３と、参照測定レーザー光Ｌ２の光路長を調整可能な光路長可変機構を有する参照ミラー４と、被測定コネクタＣ内の断線等の不良個所において反射した測定レーザー光Ｌ１’及び参照ミラー４で反射した参照測定レーザー光Ｌ２’を、ビームスプリッタ３を介して受光する光測定器５とから構成されている。

また、レーザー光の温度特性に対する安定性を維持するために、レーザー光源２はペルチェ素子等による温度制御が行われている。

なお、反射光測定装置１には図示しない演算制御部が接続されており、この演算制御部は前記各部材の動作等を制御し、また光測定器５の測定値等を演算し、不良個所の位置とその程度を数値化して出力している。特に、演算制御部は後述する校正線を記憶し、光測定器５による測定値からこの校正線を基に反射率を算出する機能を有している。

レーザー光源２から出射された測定レーザー光Ｌは、ビームスプリッタ３において分岐され、ビームスプリッタ３を透過して直進した測定レーザー光Ｌ１は被測定コネクタＣに送光される。ビームスプリッタ３から被測定コネクタＣに至る光路は光ファイバとされ、この光ファイバの端部に設けた接続用光コネクタを介して被測定コネクタＣが接続されている。

また、ビームスプリッタ３で反射されて測定レーザー光Ｌの一部は参照測定レーザー光Ｌ２となり、参照ミラー４に送光される。参照ミラー４は参照測定レーザー光Ｌ２の参照光路に沿って任意の位置に移動可能な光路長可変機構を備えている。

なお、この参照光路の光路長可変機構は、回転リフレクタを用いることもできる。この回転リフレクタは計測長である２０ｍｍの可変範囲を確保するために、半径２０ｍｍ、回転速度を１．１回転／秒程度の機構が採用されている。

また、被測定コネクタＣ内に断線等の不良個所があると、不良個所Ｃ１において反射した測定レーザー光Ｌ１’は、ビームスプリッタ３で反射され光測定器５に送光される。一方で、参照測定レーザー光Ｌ２は参照ミラー４で反射されて参照測定レーザー光Ｌ２’となり、ビームスプリッタ３を透過して光測定器５に送光される。

なお、各光路には光ファイバが用いられ、ビームスプリッタ３の代りにファイバカプラを用いて測定レーザー光Ｌを直進、分岐させることもできる。また、実際の干渉計の光路にはレンズ光学系が用いられ、更に偏光ビームスプリッタ、１／４波長板が使用されることもあるが、これらは公知の手段であるので、その説明は省略する。

レーザー光源２からは、例えば波長１３１０ｍｍの低干渉レーザー光が出射され、被測定コネクタＣ内の不良測定範囲は例えば０〜２０ｍｍであり、測定分解長は例えば１．２５μｍとされている。このため、参照測定レーザー光Ｌ２の光路長可変機構の可変範囲も２０ｍｍ相当とされている。

不良個所の位置の検出に際しては、先ず反射光測定装置１に不良検査を行うべき被測定コネクタＣを接続する。そして、レーザー光源２から測定レーザー光Ｌを出射し、ビームスプリッタ３によって、被測定コネクタＣへの測定レーザー光Ｌ１と、参照ミラー４への参照測定レーザー光Ｌ２とに分岐させる。

ここで、参照測定レーザー光Ｌ２による参照光路長を、参照ミラー４を光路に沿って移動させることにより変化させる。この参照光学系の参照ミラー４の移動により、測定レーザー光Ｌ１による被測定コネクタＣ内の不良個所Ｃ１までの測定光路長と、参照測定レーザー光Ｌ２による参照ミラー４までの参照光路長とが一致したときに、図２に示すように光測定器５において受光する干渉光によるピーク状のビート信号ｅが得られる。

図２は被測定コネクタＣ内の不良個所Ｃ１の距離と、測定光学系である測定レーザー光Ｌ１’と、参照光学系である参照測定レーザー光Ｌ２’との干渉光の反射レベルとを表したグラフ図である。例えば、被測定コネクタＣ内の１０ｍｍの位置に断線等の不良が発生し、参照光学系の該当光路長に上述のビート信号ｅが現れた状態を示している。

このピーク状のビート信号ｅの大きさ、つまり反射レベルの大きさは、不良のない位置の反射レベルよりも際立って大きいために、ビート信号ｅが得られたときに、被測定コネクタＣ内に断線等の不良が生じていると容易に判定することができると共に、上述のように不良個所を特定することが可能である。

なお、この測定は高感度な干渉法によるため、被測定コネクタＣ内の微弱な反射光しか得られない隠れ断線であっても、ビート信号ｅの反射レベルは際立って大きくなり、この反射レベルとしてαｄＢを得ることができる。

この干渉法による不良位置検出によって不良個所が発見されない場合には、被測定コネクタＣ内には不良がないと判断できるが、不良個所が検出された場合には、更にその不良の程度を検査する必要がある。この場合に、光測定器５で得られた被測定コネクタＣの不良個所Ｃ１からの反射光である測定レーザー光Ｌ１’の大きさ、つまり反射レベルαｄＢを測定することにより、被測定コネクタＣ内の断線等の不良の状態を或る程度は推測することができる。

しかし、反射レベルαｄＢの大きさから、被測定コネクタＣの断線等の不良の程度を正確に数値化することはできない。つまり、不良の程度が同じであっても、光測定器５で得られたビート信号ｅの大きさは、光測定器５や使用する増幅回路等の個々の特性に大きく影響され、反射光測定装置１ごとに異なるためである。

そこで、反射光測定装置１において、被測定コネクタＣ内の断線等の不良に対する反射率を、普遍的に数値化するために、反射光測定装置１の光測定器５の受光特性を、基準となる光学機器や光学系を用いて校正する。そして、その校正線を反射光測定装置１ごとに演算制御部に保有させて、実際の反射光測定装置１による検査に際しては、光測定器５の出力に基づいて校正する必要がある。

この校正処理については、幾つかの方法が考えられるが、次の説明は１つの方法である。反射光測定装置１の校正処理には、先ず基準となる別個の光減衰器を用いて、光減衰器の設定値と測定した減衰量との直線性を評価する。

この評価処理は、図３の構成図に示すように、反射光測定装置１に使用されているものと同等品のレーザー光源２と、市販のパワーメータである基準光測定器Ｄとの間に、光減衰器Ｇを配置して行う。基準光測定器Ｄについては、その性能上、或る程度大きな光量については正確に測定できるが、−５０ｄＢ以下の極めて微弱な光量を測定することはできない。

最初に、光減衰器Ｇの減衰率を０ｄＢに設定して、測定レーザー光Ｌ１を基準光測定器Ｄに入射させて光量ｒ０を測定し、この光量ｒ０を０ｄＢとし、ゼロ基準点とする。そして、光減衰器Ｇの設定値を変えて減衰率を変化させながら光量ｒを測定する。

このようにして、基準となるべき光減衰器Ｇに対して、基準となる基準光測定器Ｄ及び反射光測定装置１と同等品のレーザー光源２を用いて、光減衰器Ｇの設定値と減衰量の関係の特性データを得る。

図４は、上述のようにして求めたＸ軸の光減衰器Ｇの設定値と、Ｙ軸の基準光測定器Ｄの測定値との関係を示すグラフ図であり、直線性を有する特性データを持つ光減衰器Ｇを用いて、次の反射光量の基準設定処理を行うことになる。

光減衰器Ｇを図５に示すように、校正用反射測定装置Ｓと校正用被測定コネクタＣ’との間に配置して、反射光量の基準設定処理を行う。この校正用被測定コネクタＣ’は、不良個所のないものを使用し、校正用被測定コネクタＣ’の背後には全反射を行う反射ミラーＭを配置する。

校正用反射測定装置Ｓは、図示しないレーザー光源と基準光測定器とを内在するものであり、測定レーザー光Ｌ１の光量に対する受光した測定レーザー光Ｌ１’の光量から、反射率を示す測定値を計測することができる。

測定レーザー光Ｌ１を、光減衰器Ｇ及び校正用被測定コネクタＣ’を通過させて、反射ミラーＭを全反射する測定レーザー光Ｌ１”を経て、基準反射光として測定レーザー光Ｌ１’を造り出す。

なお、光減衰器Ｇの設定値は、図３においては一方方向であるのに対して、図５においては往復方向であるため、ｄＢ表記で２倍の減衰率となるが、分かり易くするために、光減衰器Ｇの最初の測定レーザー光Ｌ１と最後の測定レーザー光Ｌ１’の比率で減衰率を定義し、設定値として表現することにする。

反射光量の基準設定処理においては、校正用反射測定装置Ｓに受光される光量が、典型的な光ファイバの切断面と空気との反射率である−１４．７ｄＢになるように、光減衰器Ｇの設定値を調整する。そして、このときの光減衰器Ｇの設定値を、基準反射光量値−１４．７ｄＢが得られる設定値ｇとして記憶する。

つまり、校正用被測定コネクタＣ’や反射ミラーＭなどの測定光学系の損失により、光減衰器Ｇの設定値ｇを−１４．７ｄＢよりも高い値、例えばｇ＝−１３．７ｄＢに設定したとき、校正用反射測定装置Ｓで受光する反射光量が−１４．７ｄＢと計測されるので、この−１３．７ｄＢの設定値ｇを保持することになる。なお、光減衰器Ｇの設定値ｇと実際の反射光量の減衰率の差異は、測定光学系の損失に起因するため、測定レーザー光Ｌ１の光量が変化しても、常に一定値となることが分かっている。

このようにして、測定レーザー光Ｌ１に対する測定レーザー光Ｌ１’が−１４．７ｄＢとなるように反射光量の基準設定を行った光減衰器Ｇ、校正用被測定コネクタＣ’及び反射ミラーＭを用いて、反射光測定装置１の光測定器５の受光特性の校正を行う。

光減衰器Ｇ、校正用被測定コネクタＣ’及び反射ミラーＭを、図６に示すように反射光測定装置１に接続して、個々の反射光測定装置１ごとに校正データを得る。校正を行う際には、測定レーザー光Ｌ１による反射ミラーＭまでの測定光路長と、参照測定レーザー光Ｌ２による参照ミラー４までの参照光路長とが一致する状態にしておく。

この状態で基準設定された−１４．７ｄＢの測定レーザー光Ｌ１’の反射光量を含む干渉光を、光測定器５で受光したときに得られた電圧値を用いて、校正線である仮想線Ｐを作成する。図７は横軸が基準となる反射光量の減衰率を示し、縦軸は光測定器５で受光した光量の電圧ｖを表している。

図６の構成において、基準設定された−１４．７ｄＢの反射光量を含む干渉光を、光測定器５で受光したときに得られた電圧Ｖ１とし、この電圧Ｖ１を基準点β１として図７に示すグラフ上にプロットする。なお、図中の基準点β１の横軸の−１４．７ｄＢの括弧書は、減衰率に対応する光減衰器Ｇの設定値を表している。

そして、電圧Ｖ１から反射光量の減衰率が−１０ｄＢに相当する光測定器５の電圧Ｖ０を算出し、この電圧Ｖ０を縦軸の−１０ｄＢとする。この減衰率−１０ｄＢ、電圧Ｖ０の交点を起点β０とし、起点β０及び基準点β１を通過するように仮想線Ｐを引く。

このようにして得られた仮想線Ｐを演算制御部に記憶しておけば、反射光測定装置１の光測定器５で得られた出力電圧に対して、仮想線Ｐ上の反射光量の減衰率、つまり反射レベルを出力することが可能となる。

また、仮想線Ｐは上述のように基準点β１の１点のみから起点β０を算出し線状化しているが、図２に示す光減衰器Ｇの設定値を変更して、反射光量の減衰率を−１０ｄＢに調整し、そのときの電圧Ｖ２を測定し、減衰率−１０ｄＢ、電圧Ｖ２の交点を測定起点β２とする。このように、２点以上の測定点を求め、測定起点β２及び基準点β１を通過するように仮想線Ｐ’を引くようにしてもよい。仮想線Ｐ’は測定起点β２にも測定値を用いているため、仮想線Ｐよりも精度を高くすることが可能である。

このようにして、得られた仮想線Ｐ’を演算制御部に記憶しておけば、反射光測定装置１の光測定器５で得られた干渉光に対応する出力電圧に対して、より精度の高い反射光量の反射率、つまり反射レベルを出力することが可能となる。

更に、仮想線Ｐ’の傾きａと仮想線Ｐの傾きとに、ずれが生ずる可能性があるので、この傾きａの逆数１／ａを仮想線Ｐ’に乗じて、仮想線Ｐに校正するようにしてもよい。

以上の説明では、反射光測定装置１に例えば１つの増幅回路を配置したものとして説明しているが、実際には反射率が微小になると、反射光測定装置１には、より多くの例えば４つの増幅回路を直列に接続し、これらを切換えながら使用する。

例えば、１個のみの増幅回路で−１０〜−４０ｄＢ、２個を連結した増幅回路で−３０〜−６０ｄＢ、３個を連結した増幅回路で−５０〜−８０ｄＢ、４個を連結した増幅回路で−７０〜−１００ｄＢ等の利得範囲を自動的に切換えながら測定する。このように、複数の増幅回路を使用する場合には、１個のみの増幅回路で設定した仮想線Ｐに対して、複数個の増幅回路ごとに個々の電気特性に基づく校正線を得る必要がある。

校正方法は、先ず２個の増幅回路の連結に切換える場合は減衰率−３０ｄＢになるように光減衰器Ｇの設定値ｇを設定して、減衰率が−６０ｄＢまで適宜変更しながら光測定器５の電圧ｖを記録する。このようにして、複数の記録点をグラフ内に表すことができる。

そして、記録点ごとに仮想線Ｐとの差であるγ１ｄＢ、γ２ｄＢ、・・として記録し、平均差分値γｄＢを算出する。そして、例えば平均差分値γｄＢが＋１ｄＢとなった場合には、補正データとして仮想線Ｐより１ｄＢずれた校正線Ｑを得ることができる。

つまり、図１に示す測定状態において、増幅回路が２個の場合には、図７に示す校正線Ｑに沿った出力が得られ、３個の増幅回路の連結時、４個の増設回路の連結時と繰り返して、平均差分値γｄＢを算出処理し、それぞれの校正線Ｑを求める。そして、演算制御部には仮想線Ｐと、１又は複数の校正線Ｑを記憶することになる。なお、校正線Ｑに代えて、仮想線Ｐに対する平均差分値γｄＢを記憶するようにしてもよい。

このようにして、演算制御部では測定された電圧ｖに対応する仮想線Ｐ又は校正線Ｑから反射光量の反射率、つまり反射レベルを出力することが可能となる。

このように本実施例では、反射光測定装置１の演算制御部に予め仮想線Ｐ及び校正線Ｑを記憶させておいて、図１に示すように被測定コネクタＣを接続し、前述のように参照光学系の参照光路長を変化させながら、被測定コネクタＣ内の断線等の不良個所を探索する。

断線等の不良個所が発見されなければ良品とみなされ、もし不良個所が検出された場合には、光測定器５で測定した干渉光の出力電圧に対して、仮想線Ｐ又は校正線Ｑに基づいて反射光量の反射率を読み取ることで、不良個所における測定レーザー光Ｌ１に対する反射率を数値化して出力することができる。

更には、どの程度の不良状態の反射率まで検査したのかをユーザーに対して保証することができ、例えば販売するコネクタに対し反射光測定装置１の限界測定値である例えば−８０ｄＢまでの断線等の不良状態については、発見されなかったことをメーカーとして保証できることになる。

１反射光測定装置
２レーザー光源
３ビームスプリッタ
４参照ミラー
５光測定器
Ｃ被測定コネクタ
Ｄ基準光測定器
Ｇ光減衰器
Ｓ校正用反射測定装置
Ｍ反射ミラー

Claims

レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光を透過する測定レーザー光と反射する参照レーザー光とに分岐するビームスプリッタと、前記参照レーザー光の光路長を調整可能な光路長可変機構を有する参照ミラーと、被測定コネクタ内の光ファイバの不良個所において反射した前記測定レーザー光及び前記参照ミラーで反射した前記参照レーザー光とを前記ビームスプリッタを介して受光する光測定器とを備え、演算制御部を接続し、前記光測定器で受光する２つの前記レーザー光による干渉光に基づいて、前記不良個所を検出する反射光測定装置であって、
前記演算制御部は、入射光を所定の減衰率で減衰させた前記測定レーザー光と、前記参照レーザー光とによる干渉光の前記光測定器での測定値、及び前記所定の減衰率を基準点とした仮想線を記憶しており、前記不良個所において反射した前記測定レーザー光及び前記参照レーザー光による干渉光に基づいて、前記被測定コネクタ内の前記不良個所を検出した場合は、前記仮想線に基づいて前記干渉光に対応する減衰率に相当する反射率を、算出して数値化することを特徴とする反射光測定装置。
前記減衰率を変動させて減衰させた前記測定レーザー光と、前記参照レーザー光とによる干渉光の前記光測定器での測定値、及び前記減衰率を測定点とし、前記仮想線は前記基準点を含む２点以上の前記測定点を通過する線であることを特徴とする請求項１に記載の反射光測定装置。
前記演算制御部は、複数の増幅回路を直列に接続して使用する場合には、複数の増幅回路数に応じて、前記光減衰器の減衰率を変動させながら得られた前記光測定器の測定値に対して、前記仮想線からの平均差分値に基づく校正線を記憶し、前記光測定器の測定値の大きさに対して、前記増幅回路の数に応じた前記仮想線又は前記校正線から得られる前記反射率を、算出して数値化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反射光測定装置。