JPH0648323B2

JPH0648323B2 - 光フアイバ軸ずれ測定方法

Info

Publication number: JPH0648323B2
Application number: JP3062686A
Authority: JP
Inventors: 正男立蔵; 敦志井手
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPS62189409A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は光ファイバの接続に用いられる光ファイバ相互
の軸ずれ測定方法に関するものである。この方法は接続
装置において軸合せ機構と結び付けて自動軸合せを実施
するため、あるいは自動接続の動作不良を検知するため
に用いらる。

（従来の技術および問題点）光ファイバは中央にコアと呼ばれる屈折率の高い部分を
有し、このコア内に光が閉じ込められて伝ぱんするよう
になっている。コアの外側の部分はクラッドと呼ばれて
いる。光ファイバを低損失で接続するには、このコア同
士を正確に軸合せする必要があるが、クラッド外周に対
するコアの偏心は高々３μｍ程度であるため、コア径の
小さなシングルモードファイバを除けば、クラッド外径
を基準にした軸合せで充分である。また、シングルモー
ドファイバ自体も製造技術の向上により、コアの偏心が
小さくなってきているため、将来的にはクラッド外周を
基準にした軸合せですむ公算が大きい。ところでシング
ルモードファイバの軸ずれは、現在、透過式の顕微鏡を
用いて特定の条件下で見られるコア像をもとにして測定
されている。その技術は、例えば特願昭58−153055号
（特開昭60−46509号公報）「光ファイバのコア検出・
軸合せ方法及びその装置」に記載されている。また、こ
こに記載された測定系を用いて、多モードファイバおよ
び偏心の小さなシングルモードファイバの接続のため
に、クラッド外周を基準にして軸ずれを検出することも
できるが、２方向から観測する必要から、ミラーを配置
したり、ＴＶカメラを移動させたりする必要性が生じ、
装置構成が複雑になる欠点がある。

また、透過光による上記の方法では、光ファイバを一括
融着接続する場合に、複数の光ファイバ端面を一列にそ
ろえる目的で従来より使われてきた突当て板が極めて配
置しにくいといった問題がある。なおこの突当て板を用
いた接続装置については特願昭58−30032号（特開昭59
−2013号公報）「光ファイバの案内装置」に記載されて
いる。また光フアイバからの反射光を用いる方法は、従
来は接続作業者の目視による検査に用いられきたもので
あるが、自動的な測定系に反射光を利用した例は極めて
少なく、特願昭59−182471号「光ファイバの全自動融着
接続装置」に記載がある程度である。

第９図は、従来の測定方法における測定系を示す図であ
り、１は光フアイバであり、ＴＶカメラに取り付けられ
た対物レンズ２、ランプ３、ミラー４、支持台５が具え
られている。光源のランプ３によって照射された光ファ
イバからの直接的な反射光は、同図のＵ_１−１、Ｕ_１−
２で示されている光線のように対物レンズに入射する。
また反射光の一部は再度ミラー４で反射し、Ｕ_２−１、
Ｕ_２−２の様に対物レンズに入射する。Ｕ_１−１、Ｕ_１
−２は光ファイバの直接像を、Ｕ_２−１、Ｕ_２−２はミ
ラーによる光ファイバの反射像を対物レンズ２によって
ＴＶ画面上に結像する。対物レンズの光軸とミラー面は
45°の角度を成しており、直線像はｘ方向から、ミラー
による反射像はｙ方向から見た像になる。第10図はこの
ようにして撮像されたＴＶ画面の画像の例である。Ｐ
１、Ｐ２が左右の光ファイバの直線像、Ｐ３、Ｐ４が左
右の光ファイバの反射像である。Ｌ１、Ｌ２はサンプリ
ングラインであり、この線上の輝度分布を計算機に取込
んで光ファイバ像の境界を検出し、２方向の軸ずれ成分
を算出する。しかしこの方法は、次のような欠点を持っ
ている。その一つは、ミラーを用いているため光ファイ
バからの直接の反射光と、ミラーを経由した反射光では
光路長に差があるため、直接像と反射像の双方にピント
を合せることができないことである。従って両者の見え
方が大きく異なってしまうこととなる。これを避けよう
とすればピント合せ動作を要し、余分な機構を具えるこ
とが必要となる。また、融着接続に際してはミラーは邪
魔であるから、ミラーの退避動作をするための機構を具
備しなければならず、機構が複雑になり易い。もう一つ
は、光ファイバの多心一括融着接続には適用できないこ
とである。すなわち、ミラーからの反射光を隣接する光
ファイバがさえぎってしまうからである。

本発明はこれらの欠点を除去するため、特定の観測条件
を与えることにより、ミラー等を用いずに、固定したＴ
Ｖカメラで得られる単一画像から軸ずれの２方向成分を
計測できるようにしたものであり、その目的は多心一括
接続にも適用可能な簡便かつ高精度の軸ずれ量計測方法
を実現することにより、光ファイバの融着接続の自動化
をより前進させ、接続作業の高能率化をはかることにあ
る。

（問題点を解決するための手段および実施例）第１図は、本発明の実施例であって、１は光ファイバで
あり、また対物レンズ２、ランプ３、ＴＶカメラ６、画
像処理部７、ケーブル８ａ、８ｂ，鏡筒９、融着接続装
置10を具えている。ランプ３は対物レンズ２または鏡筒
９に固定され、対物レンズ２の光軸に対して特定の角度
αを持つように固定されている。この実施例では多心一
括融着接続への適用を想定したものであり、対物レンズ
の光軸が融着接続装置10上にセットされた光ファイバの
並び方向に垂直になるよう、観測系が融着接続装置10に
設定されている。ここで観測系は対物レンズ、鏡筒、Ｔ
Ｖカメラの結合体をさしている。この光ファイバと観測
系およびランプとの相対位置関係が満たされるならば、
観測系およびランプが融着接続装置に内蔵されていても
よい。あとで述べる特定の条件の下でＴＶカメラにより
とらえられた画像は、ケーブル８ａにより画像処理ユニ
ット７に送られ、ここで解析されて軸ずれ量が算出され
る。この画像処理ユニット７内にはマイクロプロセッサ
とメモリが内蔵されており、演算処理後はその結果がケ
ーブル８ｂを通して融着接続装置10に送られ、これをも
とにして次に行なわれる動作が融着接続装置10内のコン
トローラにより選択されて自動的に接続動作が進められ
る。なお、画像処理ユニットは融着接続装置のコントロ
ーラを兼ねるようにすることもできる。

さて、本発明での計測の原理を述べる前に、光ファイバ
の表面からの反射光によってどのような像が観測される
かを説明する。

第２図は、反射光による像生成現像の説明図である。観
測系の光軸（ｘ軸）に対し角度αだけ傾いた光線Ａは、
光ファイバに入射するときの反射光Ｉのほかに、いった
ん入射したのち反対の表面で反射してくる光線IIも派生
する。この２つの光線がＴＶカメラにとらえられると、
ＴＶカメラの焦点を合せた平面上（ｘ＝Ｘｏ）の輝点Ｙ
_Ｉ、Ｙ_IIとしてそれぞれ観測される。光ファイバにぶつ
かるすべての光線について同様にして追跡し、反射率や
浸透率からそれらの光線の強度をｘ＝Ｘｏの観測面上に
重ねると、観測される像の位置のみならず輝度分布まで
計算できる。以上の原理から、観測される像は観測面の
位置（Ｘｏの値）およびαによって変化することが分る
であろう。特に、裏面からの反射光の場合にその変化が
大きい。第３図は仮想的α＝０の場合を考えたとき、観
測面ｙ軸方向にに見える明るい領域がＸｏに依存してど
のように変化するかを示したものである。光ファイバの
クラッド直径を125μｍ、屈折率を1.46として計算して
いる。右上り斜線で示した領域が反射光IIによるもの、
左上り斜線で示した領域が反射光Ｉによるものである。
観測系のＮＡ値は0.2としている。ＴＶカメラに個々の
反射光線が入射するか否かは、反射光線がｘ軸となす角
をθとしたときに｜sinθ｜ＮＡであれば入射し、そ
うでなければ入射しない。

ｙが０の近傍では、反射光Ｉによるものと、反射光IIに
よるものが重なり合っている。第４図にＴＶカメラによ
りとらえられた画像を例示する。これは第３図をもとに
Ｘｏが−50μｍ、０μｍ、＋50μｍの場合について描い
たものである。右上り斜線が反射光II、左上り斜線が反
射光Ｉによるものである。破線ＢＬは光ファイバのクラ
ッド外周位置を示す。反射光IIによる明線は、いずれも
中央部とクラッド外周位置近傍に現われている。特に、
Ｘｏ＝０μｍの場合には、上下の明線の幅は０に近くな
り、クラッド外周位置に一致している。一方、反射光Ｉ
による明線は中央部にのみ現われ、反射光IIの明線と重
なり合う。反射光IIによる明線が３つ生じるのは、光軸
が光ファイバ中央付近に入射する場合に裏面で反射して
くる光線の傾きが小さいのと同様、光ファイバのクラッ
ド外周近くに入射する場合にも反射してくる光線の傾き
が小さくなるため、観測系のＮＡ値の制約を受けなくな
るからである。

つぎに平行光線がｘ軸に対しαの角度をもって光ファイ
バに入射する場合を考える。第５図、第６図は、α＝10
°、α＝30°とした場合の、第３図に相当する図であ
る。第３図で上側に見られた反射光IIによる明線は第５
図で狭く、第６図では削滅している。また反射光IIによ
る中央部の明線は下に動いて、第５図では下方の明線と
近接するようになり、第６図ではそれが一体になってい
る。

このように、光の傾き角αの変化によって、反射光IIに
よる明線は複雑に変化することが分る。なお、αがさら
に大きくなると、反射光IIによる明線は削滅する。一
方、反射光Ｉによる明線はαが増えても単に上方に移動
するだけであり、線幅Ｘｏ依存性は変化しない。

固定した観測系に対して、光ファイバが観測系に向って
変位することは、Ｘｏが負の方向に動くことに相当す
る。本発明では、この反射光Ｉにより明線を利用して光
ファイバの基準位置からの変位量を測定する。基準を接
続しようとする一方の光ファイバにとると、光ファイバ
相互の相対的変位すなわち軸ずれが求まる。

さて、第６図で反射光Ｉによる明線の幅は、Ｘｏが30μ
ｍあたりで０に近くなり、Ｘｏがこれら離れるに従って
距離に比例して拡がっていく。このため、この明線の幅
を測定すれば光ファイバに対し、どの位置に観測面（ｘ
＝Ｘｏの面）があるのかを知ることができる。

実際の観測系では、光線の角度拡がりがあったり、また
観測系の被写体深度が０とはならない結果、この計算よ
り幅がいくぶん広くなる。またＸｏ＝30μｍあたりで
は、幅が非線形的に変化するからＸｏをこの値よりも十
分ずらしておくことが望ましい。十分ずらしておけば、
光ファイバのｘ方向の変位に対する幅の変化量は比例関
係が成立つから、光ファイバ相互のｘ方向の軸ずれ成分
は正確に測定できることになる。

また第６図における反射光Ｉについての領域はｙ＝Ｙｏ
の直線について上下対称な形状であり、Ｘｏが異なって
いても明線の中央位置（Ｙｏ）が変化しないから、上下
に対称な形をしているため、この明線の中央位置をもと
に、ｙ方向の軸ずれ量を測定することができる。つま
り、接続しようとする光ファイバ双方についてこの明線
の中央位置を計測し、そのずれを算出すればそれが光フ
ァイバ相互のｙ方向の軸ずれになる。明線の中央位置
は、光ファイバ中心とはずれるが、校正さえしておけば
光ファイバの絶対位置の計測もできる。

このように、本発明では単一のＴＶ画像から、ｘ方向、
ｙ方向の軸ずれ成分を共に計測できる。

なお、ｘ方向の軸ずれ成分を測定する方法としては、前
述の線幅による方法の外に、この明線の中央の輝度を測
定する方法も適用できる。第７図はこの中央輝度（相対
値）ＢとＸｏの関係を示している。この関係は観測系の
ＮＡや角度αにほとんど影響されない。また明線上で輝
度はｙ方向に平坦に分布しているため、観測系の空間分
解能を要しない利点がある。ランプの明るさの変化等に
影響されないように、この輝度を規格化して扱う場合に
は、一定領域での輝度、例えばこの明線のｙ方向輝度の
和を算出し、中央輝度をこれで割ってやればよい。線幅
で測定する場合には、Ｘｏの変化に対する線幅の変化量
が、ＮＡが小さくなるため、多心融着接続のように視野
を広くとる必要がある場合には、レンズの倍率と共にＮ
Ａが小さくならざるをえないが、この輝度を用いる方法
では精度上の低下は生じないため有利である。なお、前
述の規格化が有用なのは光ファイバの絶対位置を求めよ
うとする場合であって、光ファイバが基準位置に近いこ
とが確かであるなら、光ファイバ相互の軸ずれを求める
場合には、単に両者の中央輝度の比を評価対象とするだ
けである。この方が演算時間が短かくてすむ。

上記のＴＶ画像による計測方法を第８図を用いて具体的
に説明する。ここで説明を簡単にするため、単心接続の
場合を考える。第８図（ａ）はＴＶ画面の画像の例であ
り、ＴＶの走査線と光ファイバの軸が一致する様に調整
してあるとする。この時、走査線と垂直（たて方向）に
サンプリングラインＬ_１，Ｌ_２を設定し、この軸上の輝
度信号を取り込むと、それぞれについて第８図（ｂ）、
（ｃ）の様な分布が得られる。（ａ）の破線は光ファイ
バの外周位置を示しているが、ＴＶ画像には揃えられな
い。すなわち、反射光Ｉ、IIによる明線のみが観測され
る。

反射光Ｉによる明線はランプ側（この場合には上側）に
あることが分っているから、そちらだけを計測の対象と
すればよい。まず、雑音を考慮して、しきい値Ｓを設定
する。ｙ方向位置に対応した各メモリの輝度としきい値
Ｓを順番に比較し、しきい値Ｓよりも初めて輝度が大き
くなった位置をｙ_１、ｙ_１′とし、つぎに輝度が再度し
きい値よりも小さくなった位置をｙ_２、ｙ_２′とする。
これにより、線幅が｜ｙ_１−ｙ_２｜、｜ｙ_１′−ｙ_２′｜として得られる。前に述べたとお
り、線幅の変化量と観測軸方向の軸ずれ量の間には比例
関係が成立するから、この方向の相対的軸ずれ成分（Δ
ｘ）は Δｘ＝ｋ_ｘ（｜ｙ_１−ｙ_２｜−｜ｙ_１′−ｙ_２′｜）と
して算出できる。ただし、ｋ_ｘは観測系により定まる比
例定数である。

つぎにｙ方向の軸ずれ量（Δｙ）の算出であるが、これ
は Δｙ＝（ｙ_１＋ｙ_２）／２ −（ｙ_１′＋ｙ_２′）／２と簡単に実現される。図中Ｙｏ＝（ｙ_１＋ｙ_２）／２、
Ｙｏ′＝（ｙ_１′＋ｙ_２′）／２である。

また、前に述べた様に明線の幅の代りに、中央の輝度で
評価する方法を採用するなら、Ｙｏ、Ｙｏ′の位置にお
ける輝度Ｉｏ、Ｉｏ′を計算に用いる。前に述べた通
り、簡略系では Δｘ＝k_x′（Ｉｏ／Ｉｏ′）で算出できる。ただしk_x′は定数である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明では固定したＴＶカメラに
よる単一画像から２方向の光ファイバ軸ずれ成分あるい
は個別の光ファイバの絶対位置を計測できるものである
から、従来の方法にくらべ機構が単純になり、処理の高
速化がはかれ、また多心一括融着接続へも適用が可能に
なる利点がある。従ってこの発明を用いれば光ファイバ
接続の自動化をより一層有利に進めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の構成を説明している。第２図は、反射光による像生成原理の説明図である。第３図は、α＝０のときの観測面位置と観測される明線
の関係図である。第４図は、観測面位置の違いによるＴＶ画像の違いを示
す図である。第５図，第６図は、それぞれα＝10℃、α＝30℃のとき
の観測面位置と観測される明線の関係図である。第７図は、観測面位置と明線中央の輝度との関係を示す
図である。第８図は、本発明における軸ずれ計測方法の説明図であ
る。第９図は、従来の測定方法における光学系の説明図であ
る。第10図は、従来の測定方法における軸ずれ計測方法の説
明図である。１…光ファイバ、２…対物レンズ、３…ランプ４…ミラー、５…支持台、６…ＴＶカメラ７…画像処理部、８ａ，８ｂ…ケーブル９…鏡筒、10…融着接続装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバ接続装置と一体に固定された対
物レンズ、鏡筒、ＴＶカメラからなる観測系とランプ、
および画像処理部からなる光ファイバ軸ずれ測定系にお
いて、光ファイバを照射するランプからの光と上記観測
系の光軸とが鋭角であり、かつ光ファイバ軸に対して直
角になるように観測系とランプの位置決めがなされ、Ｔ
Ｖカメラからの画像を受け取った画像処理部では、光フ
ァイバのランプ側表面から直接反射してきた光による明
線の幅、またはその中央の輝度により観測系の光軸方向
の軸ずれ成分を算出し、その垂直方向の軸ずれ成分を同
じ明線の中央位置に基いて算出することを特徴とする光
ファイバ軸ずれ測定方法。