JPS59166838A - 光フアイバ−の屈折率を測定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いわゆる「屈折近視野法」によシ、光ファイ
バーの屈折率を測定するだめの装置に関する。１９８１
年アカデミツク・プレス（Ａｃａｄｅｍｉ　ｃＰｒｅｓ
ｓ　）から発行されているディートリッヒ・マルキュー
ズ（Ｄｉｅｔｒｉｃｈ　Ｍａｒｃｕｓｅ　）著［光ファ
イバーの測定原理（Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｏｐ
ｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　）な
る参考文献に記載されている通り、光ファイバー若しく
はプレフォームの屈折率を測定する方法は数多く知られ
ている。例えば、第１の方法として、プレフォーム及ヒ
フアイバーに適用され、離心率、楕円率あるいは直径な
どのジオメトリ−を決めるため、ファイバー若しくはフ
レフオームの回転を行なっているトランスバーサル方法
がある。

第２の方法として、インターフェロメトリーがあるが、
これは、試料の作成に時間がかかったり、無塵状態にす
る必要があり、工業的には使用できない。

第３の方法として、いわゆる近視野法がよく用いられる
。しかし、漏洩モードを除くことができないので、近似
式を用いて測定値を補正しなければならない。

第４の方法として、いわゆる「フレネル反射法」がある
。この方法を用いると、高い分解能を得ることができる
が、ファイバー面に汚れがあるとそれに敏感なため、測
定に誤差を生ずることが多い。

複雑な装置とか、熟練者が必要で、しかも解析されるフ
ァイバーを慎重かつ手間をかけて準備しなければならな
いこれらの方法を、場合によって、実験室で用いること
はできても、作業状態が異なる工場で用いることは不適
当である。工場で用いるためには、測定された広い範囲
の値を装置から直読できる必要があシ、シかも分析され
るファイバーが当業者が迅速かつ簡単に準備できること
と、取り付けることができ、かつ操作できるものでなけ
ればならない。

本発明は、工業的に、前述の状態で用いることができる
ような、マルチモード光ファイバ゛−若しくはモノモー
ド光ファイバーの屈折率を測定するだめの装置を提供す
ることによって、以上の欠点を解消することを目的とし
ている。この装置にょる方法が、「屈折近視野法」と呼
ばれるもので、前記参考文献の１６２頁から１４１頁に
も記載されている。この方法によると、光がマルチモー
ドファイバー若しくはモノモードファイバーの一端に送
シ込まれ、屈折のためこのファイバーから横方向に逃げ
る光量を測定する。得られた充円錐は、案内及び漏洩モ
ードを除く環状スクリーンを用いてフィルターにかけら
れる。校正後、直接測定によって、ファイバーの屈折率
が、小数点第３位以下に０．０００１の不確定性で、か
つ０１乃至０５μｍの空間分解能で決められる。

これまで使われている装置には、分析される１つのファ
イバ一端を水平方向に授漬する指示液体容器と、光をフ
ァイバーに送り出すため取り付けられている対物顕微鏡
と、顕＠婉と対向して容器の側面に置かれている検出器
に、測定光を結ばせるレンズの後にくるスクリーンとか
ら成っている１、この装置の主な欠点の一つは、容器の
側壁を横切るようにして、ファイバーの端部が案内しな
ければならないことである。このため、測定位置にファ
イバーを保持するため、例えば、注射針のような管を容
器の側壁に挿入して用いることが多い。

これによって起こる第１の問題は、勿論、ファイバーが
容器の側壁を貫通している部分の密封性についてであシ
、第２の問題は、ファイバーの位置を送光レンズの焦点
に重ね合わせることである。

また、装置が敏感なため、ファイバーを清浄に保てて、
しかも容器とその中の液体に付く汚れを防止できるよう
な実験室でしか使うことができず、従って、この装置は
工場に向かないことになる。

本発明は、モノモードファイバー若しくはマルチモード
ファイバーの屈折率を迅速かつ効果的に測定し得る直読
式装置を提供することによって、以上の欠点を改善する
ことを目的としている。

本発明による装置は、３つの垂直軸で動かされ、かつ指
示液体を有し、しかも底部に水平な透明窓が設けられて
いる容器を支持している剛性フレームと、分析されるフ
ァイバ一端部を透明窓に対して垂直に支持することがで
きる容器上の支持体と、透明窓に面して支持されている
端部を介して、光線をファイバーの光軸に送シ込むため
の光源及び主対物鏡と、案内及び漏洩モードによって形
成される充円錐を取り除くため、容器上に置かれている
円形状スクリーンと、ファイバーから横方向に逃げる、
充円錐の屈折光残部を捕捉するための検出器とから成る
ことを特徴としている。

本発明をよく理解するため、添付の図面を参照し、好適
実施例に基づいて、以下詳細に説明する。

第１図を参照して説明する。装置は、透明な窓住υを底
部に備えていて、参照番号ａりで指示されている液体で
満たされている容器ａ〔から成っている。

屈折率が測定されることになっている光ファイバー（１
騰は、図示されていない支持装置によって水平面に設け
られている窓ａυに概ね垂直な位置で容器の中心に固定
されている。

光は窓（１υの下に設けられている光収束レンズ装置に
よって集光される光ビームＩによって、光ファイバ０３
に入射される。光ファイバから横方向に漏れる開口角２
αの円錐状の光の一部は、環状の反射器αｅによって反
射させられ、場合によっては容器ａ０の反射１１！＋壁
によっても反射されるし、かつこの反射器の中央開口Ｕ
ηを一部交差することもある。実際には、円錐状の光（
以下、充円錐と記載）は、開口０７）を通過する開口角
２βの中央円錐から形成され、かつ上記の方法において
意図した少くとも案内および漏洩モードの除去、および
中央の円錐開口２βが取り除かれた後に残っている開口
角２αの円錐の部分を示している。この残っている光は
、反射器ａｅによって反射され、現状の集光器（Ｉ８に
よって集光され、かつ千面鐘霞によって検出器（２１の
上へ反射される。前述した様に、この光量の測定によっ
て、本質的には知られている方法によって光ファイバＧ
〜の屈折率を決定し得る。

この概略的な組立て体は、本発明による装置の動作原理
を説明している。勿論、この組立て体（以下、アッセン
ブリと記載）を変形することも可能であり、例えば、反
射器０ｅを除いて、案内および漏洩モードに関する中央
部分が、角度２αの充円錐の残っている部分における光
の量を直接に測定するリング形状の検出器の丸い中央開
口によつて濾光された時に、該検出器に置き換えること
によっても変形可能である。少くとも漏洩および案内モ
ードを除去するために中央開口を円形状のスクリーンと
置換することも可能である。これ等の異なった場合には
、スクリーンの直径、即ち中央開口の直径は、少くとも
漏洩および案内モードの全体を除去する事が保障できる
ものである即ち、案内および漏洩モード並びに検出器ま
たは反射器および／またはスクリーンの面によって形成
された円錐の交差部分の円の直径に少くとも等しい。

第２図は、第１図に櫃略的に示されている装置の好適な
実施例を説明するものである。本装置は、基本的には第
１図に関連して説明されたものと異なる構成成分が設け
られている床部（２Ｉ）から成っている。

第１に、測定セル（２２１は、指示液で満たされている
容器ｔ２３）から成っていて、容器の底部を形成してい
る透明な窓２５１を支持しているベースブロックＣ，ｌ
）と、少くともとの容器の側壁と同じ様に働く円筒形状
のジャケット浦を支えているか、またはこの容器の側壁
を形成しているブロック（イ）と、測定セル０功をカバ
ーする上部ブロック（至）とから成っている。ブロック
（２ｅの側壁またはジャケット（２）の側壁は、広い開
口の誘琳レンズ（１ａｕｎｃｈ　１ｅｎｓ　）の使用が
可能々ように反射可能に作られている。

上部ブロック（ハ）は、光学的なケーブル（至）を取シ
付けかつ固定するために設けられている支持体（７！■
を有しており、該光学的ケーブルα９の露出された端部
（３１）は容器（２３）の内部にあシ、かつ光ファイバ
に光を導くようになっており、かつ窓（ハ）の下に置か
れている対物レンズ０２の光軸を定めている垂直線の上
にある。リング状の検出器Ｑは容器ｃ２東をカバーする
。もつと正確に述べれば、この容器の中央ブロックｔ２
６）の中に置かれている環状の７ランジの上に置かれて
いる。この検出器は、この検出器と漏洩モード（第１図
の装置における開口角２β）によって生ずる元日錐とに
よる面の交差線に等しい直径を有する中央開口伽）を有
している。この開口の直径は、光ファイバーおよびその
支持体も十分に通過し得る大きさである。この開口もま
た同様に、上記の方法の従来の実施例において使用され
たスクリーンの様に作用するものである。

ケーブル帆ｊ）の中の光ファイバーの露出端部Ｃｌ１ｌ
を導きかつ固定するチューブｃ３っは、検出器（２）の
前記中央開口Ｃ４４１を介して挿入される。

容器のを支持している６個のブロックｆ２４）７６＋お
よび（例は、軸付はポル）　ｔ３＋９を使用して組立て
られる。

これ等のブロックの間の密閉性はリングシールＧ７１に
よって確実に行われる。保内用の偉い装＆　（３８１は
、測定セルｔ２粉の頂端部に設けられている。カバー（
３９）（一部図示されている）は、図示されている装置
Ｉ￥の重要な構成成分をカバーし保霞する。

この特別な構造において、光源は、リング形状の支柱（
４乃に支えられている支持板（４１）の上に設けられて
いるレザー囮である。４分の１坂長板（４３１および対
物レンズ（４４）は、レザー（４０１の前で支持板（４
Ｉ）に取シ付けられている。中央ピンホールを有する板
１４５）は対物レンズの前に置かれ、かつ位置が調節可
能な支持部ｔ＝１６１の上に通常知られている方法で設
置されている。

これを調節可能にするため、支持体（１ｂ１は調節ねじ
（４ηと２つのコイルはね（４０と協働している２本の
軸方向のロツ白碍から成っていて、２つのコイルばねは
これ等のロンドと係合している。フイ〃りの外仙１にあ
るレンズ６Ｑは、光源およびその付加的な構成要素と支
持している支持体ｃ１２に取シ付けられているブラケッ
ト６１）の上に設けられている。

レザーｆ４１）および調節可能な膜ｉ、５：３１を備え
ている対物レンズのそれぞれの光軸の交差点に、半反射
装置６弔が上記の２本の光軸に対して４５°の角度でセ
ットされている。この半反射装置は、分離ｍ−＋たけ望
ましくはレザーミラー型の選択ミラーであればよい。こ
のミラーは、ファイバーＧ１１の端部へ対物レンズ（３
７１を介して入射光ビームの約９９％を反射させ、かつ
約１％の反射されない光を、少くとも光軸に近接して置
かれている基１■検出器１ｉｉ５１へ入射させる。この
検出器の目的は、光源の安定性を監視することである。

乙の検出器は、床部の中に芽設された適当な穴の中に収
容されたチューブ状の支持体６Ｑの上に設けられている
ことが望ましい。

本装置の動作をより効果的に監視するためには１床部上
に設けられるテレビジョンカメラ６０を有し、かつ対物
レンズ（）印を備えていることが望ましい。

この対物レンズの元軸は、レザーおよびそれに関連して
いるレンズ系の光軸に対して本質的に平行である。水平
面に対して４５°に傾斜されているミラー四は、テレビ
ジョンカメラの対物レンズ６秒および対物レンズＱＩＩ
の光軸の交差点に設置されている。ファイバーを表示す
るために、光ケーブル（至）の支持体内は、例えばレザ
ービームの波長と異なる波長の肯い光等の光を元ファイ
バーに横方向に入射させる装置ｆＢＩＪ）を備えている
。光ファイバーの端部を介して発されるこの光は選択ミ
ラー（１４；によって選択され、かつミラー５９１によ
って反別　されてテレビジョンカメラらγ）の対物レン
ズ６秒へ送られる。

この装置の調節を可能にするため、プラグ紹１゜Ｉ６ｚ
およびＧ３）が光壱の通路上におかれ、かつ床部の中に
設けられたそれ等のだめの適当な凹所の中へセットされ
ている。

ブロック（６勺および（６５１は、前述した直交基準系
の、坊」ち偵交座標系のＸ、Ｙおよび２軸の所望の軸に
沿って測定セル囚を動かす小型のモータ（図示せず）か
らｈ又るモータ配備装置を表わしている。

Ｘ−Ｙ平面を走介することによって、上記の装置は、屈
折率、ジオメトリおよび特に０．１ミクロンから０．５
ミクロンのオーターの分解能で決定される都心率の測定
を可能にする。さらに、そ扛はモノモードのファイバー
の特性を決めると云う長７Ｊｒをも有する。

勿論、このアッセンブリにおいて標循的と考えられる光
学的な構成要素は、等１０１１な光学的な要素と置き押
えできる。例えば、第１図に図示されている平面ミラー
１１ｅおよび環状の集光器Ｏｇｊは、反射されたビーム
を検出６囚の上へ集光させる凹状の環状反射器によって
置き換え得る。

これ等の実施例において、案内および漏洩モードによっ
て作られる元日錐を取り除くために、光ビームの中に置
かれるスクリーンとして働く中央開口は、検出器が動く
時、ビームに関して横方向に移動する。もしビームが一
定の強度分布を有しないならば、検出された強度のレベ
ルは、強す厖ＩがＹＩｌａＩＩ上に与えられ、かつビー
ムの軸に関する検出器の横方向の変位がＸ軸上に与えら
れている第３図に示されている曲壱に従って変わる。

この欠点を解消するために、平行なビーム内に中央マス
クを設けることが提案されている。このマスクは、その
投影シャドウ力収検出益の中央開口を完全にカバーする
ように作られている。そのシャドウ部の直径は、検出器
の開口の直径より大きいことが望でしい。

第４図は、中心合せの目的および製造するためにビーム
に平行に置くために、対物レンズの中に設けられたマス
クの望ましい位置を概略的に説明している図である。検
出器（７１）の中央開口（７（Ｄは、平行ビームσ４）
の中におかれかつ顕微鏡対物レンズ（’１５）の中に設
けられている円形状のマスクσ３）によって発生するシ
ャドウ円ｓ　ｃｌａによって投射されるシャドウ部の領
域より小さい直径を有している。

第５図は、検出器（７１）の相対的な位置を区ボしてい
る前面し１であり、Ｇ１フ）はこの検出器の中央口、（
７６）はシャドウ部の投影領域であシ、（１７１２よび
Ｃ７棹はそれぞれ光ファイバーの発光領域および通過口
である０ 第６図に特別に示Ｘれている様に、部分ａｌ　；１２で
画定されている測定領域における元の強度試、示されて
いるグラフに従って変化する。この強度のレベルは、検
出−集）゛；スクリーンがビームに関して固定されてい
る従来の方法におけると同じ様に、一定になっている様
になっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は）元ファイバーの屈折率を測定するため、屈折
近視野法を用いた本発明による装置を示す概略し１であ
る。 ポ２図は、本発明による快竹の１実施例を示す軸方向の
部分断面１ン１である。 第６図は、ビームの甥琥分布が一定でない場合の強度変
化曲線を示す。 第４図は、平行光線中にｆ鰺かれているマスクの様子を
示す図である。 第５し１は、中心孔を備えている検出器及びマスクによ
ってつくられるシャドウ部の関係位置の様子を示す図で
ある。 第６図は、第４図に示でれている桶なアセンブリに％ｊ
する強度変化曲線を示す図である。 （１（ｖ　　容器　　　　　（１１）　　窓（１タ　光
ファイバー　（＋４）　　光ビーム（１６）反射器　　
　　　ｌＪｒ＋　　中央開口（１樽　集光器　　　　Ｕ
坤　平面鏡 ■　検出器　　　　（２１１床部 ＋ｚｚ＋　　ｄｌｌｌ定セル　　　Ｑ３）容器１ン４少
　ベースブロックｃ７５）窓 ０６１　　ブロック　　　１２カ　ジャケット（／）リ
　　上部ブロック　（２）支持体間　光学的ケーブル６
１１露出端部 （３カ　対物レンズ　　ｃ＜：ｖ　　検出シ；；Ｃ（４
）　　中央開口　　　Ｃ殉　チューブ贈）　締付はボル
ト緒）快い装置 りう１６　　カバー　　　　ｆ４ｆｌｌ　　レザー光線
（４１）支持板　　　　（４り　支柱 （４４）対物レンズ　　（４５１板 １４６）支持部　　　　・１η　調節ねじ（４８）　　
ロンド　　　　（４→　ミラーｉ５Ｑ　　レンズ　　　
　　ｔｌｊｌｌ　　ブラケット（＋２１　　支持体　　
　　ｔｓ：１　　薄膜ｆ、’ｉ４Ｊ　　半反射装置（選
択ミラー）（１１；（支持体　　　　６７）カメラド）
８）対物レンズ　　６９）　　ミラー：＋；ｎｌ　　＋
４［ｆ　　　　　　Ｇｌ！（６２（ｆｉ３）　　プラグ
ｆ６４１　ｕ；・ｉ）　ブロック　　ｑｏ）　中央開口
（７１１検出器　　　　　１７２）　　シャドウ円錐（
ｌ、嚇　マスク　　　　（７９対物レン。 ｑｏ　　シャドウ部の投影領域 （７７）発光領域　　　（／ｌ’ｉｌ　　通過口手続補
正書（方式） 昭和５９年６月２７日 特許庁長官　若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５８年　特　許願第２１４９２３号２、発明の名称
　　光ファイバーの屈折率を測定する装置３　補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 往＝＝＃ 鼻：套（名称）　ブロモガーフ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）屈折近視野法を用いて、光ファイバーの屈折率を
   測定する装置で必って、６つの垂直軸に沿って動かされ
   、かつ指示液体を有し、しかも底部に水平な透明窓が設
   けられている容器を支持している剛性フレームと、 解析されるべきファイバ一端の試料を透明窓に対して垂
   直に支持するべく取り付けられている容器の上の支持体
   と、透明窓に面している端部を介して、光線をファイバ
   ーの光学軸に送シ込むための光源及び第１光学装置と、 系内及び漏洩モードによって形成される元日＊＋＋−を
   除くため、容器の上に置かれている円形状スクリーンと
   、 ファイバーから逃げる光円錐からの屈折された光の残部
   を捕捉するだめの検出器とから成っていム光ファイバー
   の屈折率を測定する装置。 （２）　　検出器が環状を呈し、かつ円形状スクリーン
   と同軸をなして設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項に記載の装置。 （３）環状検出器及び円形状スクリーンが、同一面内で
   同軸状に設けられ、かつ容器の上にあって、かつ光フア
   イバ一端の試料支持体の周シに設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載の装置。 （４）環状検出器の中央円形開口の直径が、ファイバー
   から横方向に逃げる光円錐を捕捉し、かつ、案内及び漏
   洩モードを除くために用いられているスクリーンの直径
   に少なくとも等しくなっていることを特徴とする特許請
   求の範囲第（３１項に記載の装置。 （５１容器の上に設けられているファイバ一端試料支持
   体と同軸で、かつ、案内及び漏洩モードが除かれる除、
   ファイバーから横方向に逃げる元日錐部を反射するべく
   取υ付けら・れている反射要素と、検出器に前記光を平
   光するための第２光学装置とから成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項に記載の装置。 （６）第２光学装置が、ファイバ一端試料支持体の軸に
   対して同軸に設けられている円形集光レンズであること
   を特徴とする特許請求の範囲第（５１項に記ｎｉｉ、の
   装置。 （７）反射要素が、中心部に丸い開口を有する凹面鏡を
   備えておシ、該凹面鏡の直径が、ファイバーから横方向
   に逃げる元日錐を捕捉し、かつ案内及び漏洩モードを除
   きうるようになっているスクリーンの直径に少なくとも
   等しくなっていることを特徴とする特許請求の範囲第（
   ５）項に記載の装置。 （８）　　第１光学装置が、光線をファイバーに集める
   べく、光源と集光レンズの間に設けられている第１分割
   鏡を備えてお９、該鏡が、光源から発せられる光の予め
   決められた一部を基準検出器へ指向させるべく取り付け
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項
   乃至第（４）項のいずれかに記載の装置。 （９）第１分割鏡が、入射光の少なくとも約９９％を反
   射し、咳光の約１％を透過し得る、レーザー幌型の選択
   鏡であることを特徴とする特許請求の範囲第（８）項に
   記載の装置。 （１０１ディスプレー装置と、該装置に連結されている
   レンズ系を用い、ファイバーの測定端を表示す　゛るべ
   く使われる光を光ファイバ一端若しくはその側面を介し
   て、光ファイバーに送シ出すための装置とが設けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）世に記載
   の装置。 αυ　容器の側壁が反射体となっていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の装置。 ｔ１３　　平行光線中に飽かれ、かつ、投影されるシャ
   ドウ部が、検出器の中心開口によって画定された領域を
   少なくとも遮蔽するべく作られているマスクを備えてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の
   装置。 ０．３ｉ　　マスクが、第１光学装置に取９付けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第αり項に記載の
   装置。