JPS60260015A - 微分干渉顕微鏡 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はレンズ作用のある被検物を高いコントラストで
観測ψるための微分顕微鏡に係り、産業上の分野として
光通信ファイバの接続技術に応用すれば、透明なコアを
可視化覆ることができ、もつ−Ｃ二本の光ファイバーの
軸合わせをクラッドではなく、直接コアを観察して行な
うことができる顕微鏡に関するものである。

（従来技術〕 光通信用シングルモードファイバは、大容量伝送線路と
して優れているが、導光路であるコアは製造技術上クラ
ッドと同心に保つことは難かしく、ミクロン単位の偏心
はまぬがれない。当該光ファイバを接続りるに際して、
該コアの直径は１０μｍ程麿と非常に小さいため、この
偏心量を無視できない。そこＣ′従来は、接続すべき一
対の光フＩイバの軸合わせは、３軸微動可能な把持具で
該光ファイバを把持した後、把持による軸すれど偏心に
よる軸ずれを矯正するため、該光ファイバの軸方向に光
を伝搬させ、該伝搬光の減衰量が最小となるように把持
具を微動調節し、該光ファイバのコア相互の軸合わゼを
行なっていた。しかしこの方法により、実際に作業現場
で接続作業を行なう場合は、前記減衰量の測定のため作
業場所が光源、接続点および受光点の３箇所に分離し、
しかも夫々の作業箇所に相当数の人員と機材を配置せね
ばならず、作業能率ならびに経済性にも問題があるとい
う欠点があった。また従来、通常の明視野顕微鏡を用い
光ファイバのコアを観察して該コア相互の軸合わせを行
なおうとした例があったが、クラッド及びコアは無色透
明であり、しかも相互の屈折率の差は、クラッドの屈折
率を０２、コアの屈折率を１１１としたとき、（’１１
＋２−１１２２）／２ｎ　＋　２Ｘ１００＝０．３％と
きわめて微小であるため、コアとクラッドの境界部を観
察することは極めて困難である。また、透明位相差物体
の観察に適し−Ｃいる干渉顕微鏡法においても光ファイ
バを観察した場合、クラッド自体の持つ円筒レンズ（焦
点距離１００μｍＰｉ！麿）作用によって光波面が大幅
に乱され実現が困難であった。そこで、クラッドと同一
屈折率を持つ液体に該ファイバを浸漬し；クラッドの円
筒レンズ作用を打消せば、当該光ファイバのコアを観察
可能であるが、光ファイバ接続装置鉛に紺込むことは機
構的に実用的Ｃなく、さらに接続後の該光ファイバの長
期的な強度劣化を生じ信頼性が劣るという欠点があった
。

（発明の目的〕 本発明の目的は、クラッドの円筒レンズ作用を打消１ノ
、かつ微分干渉法の持つ観察像のクラッド及びコアの円
外側線立上り部の微分係数が最大になる性質を利用し、
光ファイバを空気中で観察しても、コアの両側線像のコ
ントラストを誇張し可視化できるようにした微分干渉顕
微鏡を提供することにある。

（発明の構成〕 本発明は、接眼レンズおよび対物レンズよりなるレンズ
系と該接眼レンズと対物レンズとの間に設置したアナラ
イザ偏光板および第１のサバール板どからなるＦ部間筒
と、該上部鏡筒と被検物をはさんで同一光軸上に設置し
た照明用電球、照明コレクタレンズ、コンデンサレンズ
、ポラライザ偏光板、第２のサバール板からなる下部鏡
筒よりなり、透過光により被検物を観察する透過型の微
分干渉顕微鏡において、−上記接眼レンズとコンデシリ
−１ノンズおよび第１と第２の１ノバール板をそれぞれ
光学的に等価なものとし、さらに上記接眼レンズと、ア
ナライザ偏光板の間に対物レンズによる被検物の結像位
置を接眼レンズの前側焦点に一致させるための投影レン
ズを位置調節可能に設けたことを特徴としている。

また、第２の発明は、接眼レンズおよび対物レンズより
なるレンズ系と接眼レンズと対物レンズの間に設置した
アナライナ偏光板および第１のサバール板とハーフミラ
−からなる鏡筒ど、該鏡筒に前記ハーフミラ−を介して
側方より照明光を入射するための、照明用電球、照明コ
レクタ１ノンズ、ポーラライザ偏光板、第２のサバール
板からなる照明部からなり被検物からの反射光により該
被検物を観察°する反射型の偏光顕微鏡にａ３いて、第
１と第２のサバール板を光学的に等価なものとするとと
もに、照明部からハーフミラ−への入射光を平行光線と
し、さらに上記接眼レンズとアナライザ偏光板の間に対
物レンズによる被検物の結像位置を接眼レンズの前側焦
点に一致させるＩこめの投影レンズを位置調節可能に設
けたことを特徴としている。

〔実施例〕

第１図は本発明の透過型における実施例を示し、１は照
明電球、２は照明コレクタレンズ、３はポラライザ偏光
板、４はサバール板、５はコンデンサレンズ、６は被検
物である光ファイバのクラッド、７は光フアイバ内の導
光路であるコア、８は対物レンズ、Ｏは上記サバール板
４と光学的に等価なサバール板、１０はアナライザ偏光
板、１１は投影レンズ、１２はコンデンサレンズ５と光
学′的に等価な接１１ＮレンスＣある。点ｃ、ｃ’　は
クラット６を円筒レンズと見なした場合の焦点距離の２
倍の点を示し、夫々等倍の映像関係にある等倍率映像点
である。コンデンサレンズ５は等倍率映像点で干渉補償
を行なうため、対物レンズ８と同じものを使用する。両
レンズ５，８の焦点を光ファイバの等倍率映像点Ｃ及び
Ｃ′と一致させ、干渉波面の補償をこの点で行なう。ま
た第１図に矢印で示したように投影レンズ１１により光
フアイバ中心Ｏと接眼レンズ１２の前側焦点Ｏ′とを共
役ならしめである。一般の顕微鏡にＪ５いては被検物と
対物レンズの焦点Ｃ′の距離は対物レンズの焦点距離で
きまる一定の値をもち、その点にある被検物の映像は常
に一定の位置Ｏ′に結像される。

しかし、光ファイバのようにレンズ作用のある被検物を
観察り°るど、光フアイバ中心Ｏと対物レンズ８の焦点
Ｃ′の間の距離は、透過型の場合円筒レンズと見なした
光ファイバの焦点距離の２倍（反射型の場合は１倍）と
する必要があり、その結果一般にＯ′とは異なる位置に
ファイバの像が結像されてしまう。そこで、本発明の干
渉顕微鏡では、投影レンズ１１を追加し、この位置を移
動調整することにより、接眼レンズ１２の前側焦点０′
にファイバの像を結像させるようにしである。

この方法以外でＯ′の位置にファイバ像を結像させよう
とすると、透過型の場合対物レンズの焦点距離を被検物
のファイバの焦点距離の２倍（反射型の場合は１倍）に
対物レンズの倍率を乗じた値とする必要があり、特殊な
対物レンズが必要になるとともに焦点距離の異なる被検
物を観測する都度対物レンズを変える必要があり実用的
でない。

第２図は本実施例による干渉光の光路の概略図である。

対物レンズ８およびコンデンサレンズ５の焦点は光ファ
イバの円筒レンズとしての等倍率映像点ｃ、ｃ’　にそ
れぞれ一致させておく。まず照明電球１から出た光はポ
ラライリ“偏光板３を通過することにより直線偏光＋１
となる。ざらにＵ光はサバール板４によって、相互に直
角に振動する二つの直線偏光１１１及びζ」２に分解さ
れ、同時に同図に示す如く、空間的にもわずかに分かれ
て進む。但しこの時点では１１１光とＩＩ　２光の位相
は一致している。１１１光及びｕ２光はコンデンサレン
ズ５を経由しＣ点Ｇにて交差し、ざら【こ再びｕ１光と
（１２光に分かれＣ光フアイバ内に入る。ここで例えば
１１１光がコア７に対して接線的に進むとすれば、一方
の１１２光はわずかにコア内を進むことになる。］アの
屈折率は前述したようにクラッドよりもわずかに大きい
ので、＋１２光はＩＩ　＋光に比べ位相的な遅れを生ず
る。光ファイバを出たＵ１光及びｕ２光は点Ｃ′で集光
された後、対物レンズ８に入る。さらに対物レンズ８を
出たｕ１光及びｕ２光は平行に進み、サバール板４と等
価なサバール板９によって同一光路上を進む直交二偏光
Ｕ′となる。Ｕ′光はアナライザ偏光板１０を通過する
ことによって干渉が生じ、その合成光の明るさが変化す
る。第１図中の投影レンズ１１を移動調整することによ
り、光ファイバの中心に焦点を合わせると、コア７の接
線像の明るさは、他の部分と異なりコントラストのある
像として、接眼レンズ１２を通して観察できる。

第３図は本発明の反射型の実施例であって、１は照明電
球、２は照明コレクタレンズ、３はポラライザ偏光板、
４はサバール板、１５はハーフミラ−１８は対物レンズ
、６は被検物であるノアイバのクラッド、７は光フアイ
バ内の導光路であるコア、１９は光軸に垂直に置かれた
表面反射鏡、９は上記′Ｉノーパール板４と等価なサバ
ール板、１０はアナライザ偏光板、１１は投影レンズ、
１２は接眼レンズＣある。クラッド６を円筒レンズど見
なしその前側焦点Ｆに対物レンズの焦点を一致させ干渉
波面の補償をこの点で行なう。また図中矢印で示したよ
うに投影レンズ１１によって光ファイバの中心Ｏと接眼
レンズの前側焦点Ｏ′とを共役ならしめである。投影レ
ンズ１１の機能は透過型の場合ど同一である。

第４図は本実施例による干渉光の光路の概略図である。

対物レンズの焦点は光ファイバの円筒レンズどしての焦
点Ｆに一致さけておく。まず照明電球１から出た光はポ
ラライザ偏光板３を通過リ−ることにより直線偏光（１
となる。さらに１１先はり一バール板４によ・）（、相
互に直角に振動する二つの直線偏光１１　、及び１１？
に分解され、同時に同図に示Ｊ如く空間的にもわずかに
二つに分かれて進む。但しこの時点ではｕ１光と１２光
の位相は一致しＣいる。１１１光及びｕ２光はハーフミ
ラ−１５に平行光線として入射し対物レンズ８を杼由し
て点Ｆに−（交差し、さらに再びｕ１光とｕ２光に分か
れて光フアイバ内に入る。ここで例えば１１　。

光がコア７に対して接線的に進むとすれば、一方の０２
光はわずかにコア７内を進むことになる。

コア７の屈折率は前述したようにクラッド６よりもわず
かに大きいので、ｕ２光はｕ１光に比べ位相的な遅れを
生ずる。ところで、点Ｆは光ファイバを円筒レンズと見
なした場合の焦点でもあるので、光ファイバを出たｕ１
光及びｕ２光は平行光線となり表面反射鏡１９に垂直に
入射づる。ｕ１光及び１」２光は１９によって反射され
、入射時と全く同一の光路をたどり、対物レンズ８に入
る。

この際１１２光はコア７を往復するので、ｕ１光に比べ
さらに大きな位相遅れを生じる。対物レンズ８を通過し
たｕ１光と１２光はサバール板４と等価なサバール板９
により同一光路上を進む直交二偏光Ｕ′となる。Ｕ′光
はアナライザ偏光板１０を通過することにより干渉が生
じ、その合成光の明るさが変化する。第３図中の投影レ
ンズ１１により、光ファイバの中心に焦点を合わせると
、コア７の接線像の明るさは他の部と異なり、コン１〜
ラストのある像として接眼レンズ１２を通じて観察ぐさ
る。以−［の結像過程は、光フアイバ中を往復する点を
除いて透過型の場合と全く同様である。

第５図は本発明実施例に４．ｔづく光）ｊ・イバ観察像
のしツク［１１ントラストを示り一概略図である。

６及び７はクラット及び−１７の断面を承引。この像は
）１１光により対物レンズへと伝送される。６′及び７
′はｔナバール板によって光学的にＳだけ偏位されたク
ラッド及びコアを示づ。この像はＵ２光により伝ｉｙｌ
される。、Ｉ＋　２光はクラッド及びコアの境界部にお
い（は、（１１光に対して透過型ではＰ及びＰ′だけ反
射型では２Ｐ及び２Ｐ’　だ（−１屈折率の異なる物体
中を進むために光路長が長く（又は短く）なり、位相差
を生ずる。微分干渉法においては、１１１光とｕ２光の
ずれ量Ｓを極めて微少にしであるので、ｕ１光と１１２
光間の光フッフィバ各部における位相差は光ファイバの
クラッド外周およびコアの外周が形成する円の微分係数
に比例する。光ファイバの場合、微分係数はクラッド及
びコアの暁界部で極大どなり、中心に向うに従ってしだ
いに零に近づく。従ってクラッド及びコアの境界線の映
像はシャープで且つコン１〜ラストが大である。

周知のごとく、球面レンズの中心はアブラナアイツク点
と呼ばれ、この位置に存在する物体の映像は同位置に観
察され、１つ無収差である。光ファイバの場合、クラッ
ドの持つ円筒レンズ作用は、その軸に垂直な断面を見た
場合球面レンズどしでて用するが、コアは小径（直径１
０μｍ程度）であり且つクラッドの中心に近いため、収
差の影響が少なく鮮明が映像を得ることが出来る。また
コントラストが最大となるクラッド両側線に焦点を合わ
せると、同時にコアにも焦点が合う。焦点をり゛らすど
光フアイバクラッドの細光レンズ作用によって、別の線
が現われるため誤った観測を防止することがぐぎる。

次に観察光が光ファイバを通過することによる干渉波面
の乱れが問題となる。即ち透過型では光ファイバの等倍
率映像点Ｃ及びＣ′にあける収差が図２中のコンデンサ
レンズ５及び対物レンズ８と同程度に保たれないとクラ
ッドの持つ円筒レンス′作用の補償が不完全となり、コ
ントラスｌ−の低下をまねく。また反則型では光ファイ
バーを往復し点Ｆに集光した光波面は、対物レンズ８と
同程度の収差に保たれないとクラッドの持つ円筒レンズ
作用の補償が不完全となりコン１〜ラストが低下覆る。

しかしコアを問題どする限りコアの近傍を通過する光は
、円筒レンズの中心光束に極めて近（まため、波面の乱
れは問題にならない程度の微少なものである。例えば通
常使用されているクラット外径１２５１１１＋、］７外
径１１０４ｚの光ファイバーにおいて、前述のように屈
折率差を０．３％どして、干渉波面の乱れを生ずる範囲
を計算覆ると、コア中心がクラッド中心から５（ｔｍ程
度偏心し−（いても問題ない。さらに前述の収差の影響
も極めて微少である。通常コアの偏心量は２μｍ以下で
あるから、本発明は通常使用される光ファイバーに対し
て適応可能である。

反射型固有の特徴としては透過型の顕微鏡に必要なコン
デンサレンズ系が省略できて簡単となり、さらに実使用
時には焦点合わせを行なうだけで干渉条イ！［を満ｔ７
こめの調整操作が不要となる。、うした、光ファイバを
通過し表面反射鏡１９に向う光線（よ無限遠平行光線で
あるため表面反射鏡１９の距離は任意に設定でき、周知
の光フアイバ接続装置の構造に容易に合わすことが可能
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上記の説明のように、光ファイバの観
察像においてクラッド及びコアの両側面での光学的な微
分係数が極大となるために、該ファイバを空気中におい
て観察した場合でも、境界面をシャープでコントラスト
の高い像として捕捉、観察覆ることができ、従ってコア
観察による軸合わけに最適な映像を得ることがでさると
いう利点がある。加えて、コアの位置は光フアイバクラ
ッドの円筒レンズのアブラナティック点にあるので、ク
ラッドの両側面に顕微鏡の焦点を合わせれば容易にコア
の像を捕捉することが可能であり円筒レンズ作用による
偽像に惑わされることなく観察が可能どなるという利点
媛もあわせ持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の透過型の実施例の構成図、第２図は同
実施例における干渉光の光路を示す概略図、第３図は本
発明の反射型の実施例の構成図、第４図は同実施例にお
（プる干渉光の光路を示す概略図、第５図は上記実施例
における光フアイバ観察像の］ントフスト分布を示す図
である。 １・・・・・・照明電球、２・・・・・・照明コレクタ
レンズ、３・・・・・・ポラライザ偏光板、４・・・・
・・１ノバール板、５・・・・・・コンデンサレンズ系
フィ ド、７・・・・・光フ−ｊ・イバコア、８・・・・・・
対物レンズ、９・・・・・・昔ナバール板、１０・・・
・・・アナライザ偏光板、１１・・・・・・投影レンズ
、１２・・・・・・接眼レンズ、１５・・・・・・ハー
フミラ−１１９・・・・・・表面反射鏡。 出願人　日本電信電話公社 日本光学工業株式会社 ニツコーエンジニアリング株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１，）接眼レンズおよび対物レンズよりなるレンズ系
   と該接眼レンズと対物レンズの間に設置したアナライザ
   偏光板および第１のサバール板とからなる下部鏡筒と、
   該上部鏡筒と被検物をはさんで同一光軸上に設置した照
   明用電球、照明コレクタレンズ、コンデンサレンズ、ポ
   ラライザ偏光板、第２のりバール板からなる下部鏡筒よ
   りなり、透過光により被検物を観測する透過型の微分干
   渉顕微鏡において、上記対物レンズとコンデンサレンズ
   および第１と第２のサバール板をそれぞれ等価なものと
   し、さらに上記接眼レンズと、アナライナ偏光板の間に
   対物レンズによる被検物の結像位置を接眼レンズの前側
   焦点に一致させるため′の投影レンズを位置調節可能に
   設けたことを特徴どする微分干渉顕微鏡。 （２，）接眼レンズおよび対物レンズよりなるレンズ系
   と接眼レンズと対物レンズの間に設置したアナライザ偏
   光板および第１のサバール板とハーフミラ−からなる鏡
   筒と、該鏡筒に前記ハーフミラ−を介して側方より照明
   光を入射するための、照明用電球、照明コレクタレンズ
   、ポラライザ偏光板、第２のサバール板からなる照明部
   からなり、被検物からの反射光により該被検物を観測す
   る反射型の微分干渉顕微鏡において、上記第１と第２の
   サバール板を等価なものとするどともに、照明部からハ
   ーフミラ−への入射光を平行光線とし、さらに被検物の
   下部に平面反射鏡を設け、上記接眼レンズとアナライザ
   偏光板の間に対物レンズによる被検物の結像位置を接眼
   レンズの前側焦点に一致させるための投影レンズを位置
   調節可能に設けたことを特徴どする微分干渉顕微鏡。