JPS6214006A - 光フアイバ母材の形状測定装置 - Google Patents

光フアイバ母材の形状測定装置

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JPS6214006A
JPS6214006A JP15355185A JP15355185A JPS6214006A JP S6214006 A JPS6214006 A JP S6214006A JP 15355185 A JP15355185 A JP 15355185A JP 15355185 A JP15355185 A JP 15355185A JP S6214006 A JPS6214006 A JP S6214006A
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optical fiber
base material
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measured
outer diameter
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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】 (技術分野) 本発明は、高速かつ高精度な光ファイバ母材の形状測定
装置に関するものである。
(従来の技術) 第1図は、従来のこの種の8ialの概念図であって、
1はレーザ光束の送出(走査)部、2はレーザ光束、3
は受光部(系)、4は被測定物である。
これを動作するには、レーザ光栄の走査部1により、レ
ーザ光束2を第1図の矢印の方向に被測定物4に対し走
査し、その「影」の出力を、受光系3で検出し、測定値
は簡単な演韓ののち表示部5に表示される。ここで受光
系3により検出される光出力は、不透明物体の場合模式
的に第2図のような形状となり、図中の光強度の減衰す
る時間toを測定することにより、被測定物4の外径が
求められる。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の装置は、第1図に示すごとくレーザ光束の送出部
1と受光部3の間は空間であり、この空間に被測定物4
を配置する構成となっていたので、線状物体の外径又は
透明ガラス管の外径、肉厚等の測定を行うことはできた
が、光ファイバ母材のごとくその内部に微少な(数%以
下)屈折率差のある透明物体の内部の寸法を測定づるこ
とができない欠点があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、高精度に調整された屈折率調整油の満
たされた容器内に被測定光ファイバ母材を配置し、光フ
ァイバ母材の外径、非円率のみならず、コア径、コア非
円率、コア偏心率を同時に測定できる光ファイバ母材の
形状測定装置を提供することにある。
(問題点を解決Jるための手段) 本発明は上記目的を達成するため、外径を計測する被測
定物の中心軸に対し垂直方向にレーザ光束を走査し、該
レーデ光束が該測定物によって遮られる時間を電気的に
計測することによって、該測定物の外径を高精度で測定
する外径測定VtMにおいて、該光束の送出部と受光部
の中間に、該光束に対し垂直な面内に前@2枚の透明な
窓材を有する容器を配し、該容器内に光束と直角方向に
被測定の光ファイバ母材の中心軸を回転可能に配し、か
つ該容器内に満たされた屈折率調整油の屈折率nが なる関係を満足するようになしたことを特徴とし、或い
は外径を計測する被測定物の中心軸に対し垂直方向にレ
ーザ光束を走査し、該レーザ光束が該測定物によって遮
られる時間を電気的に計測することによって、該測定物
の外径を高精度で測定する外径測定装置において、該光
束の送出部と受光部の中間に、該光束に対し垂直な面内
に前後2枚の透明な窓材を有する容器を配し、該容器内
に光束と直角方向に被測定の光ファイバ母材の中心軸を
回転可能に配し、かつ該容器内に満たされた屈折率調整
油の屈折率nが なる関係を満足し、該光ファイバ母材をその中心軸に関
し任意の角度毎に回転すると共に軸方向へ任意の長さ毎
に移動可能な機構を有することを特徴とする。
(作用) 光ファイバ母材における屈折率差の彰胃を受けることな
く光ファイバ母材の外径、非円率のみならず、コア径、
コア非円率、コア偏心率を同時に測定できる。
(実施例) 第3図は本発明の実施例の概念図であって、6は非接触
のレーザ形状測定部の光学系で、レーザ光束の送出(走
査部)6aと受光部(系)6bとを一体に連結してなる
。7は測定対采の石英系の光ファイバ母材、8は光ファ
イバ母材7を保持する一対のチャック、9は屈折率調整
油を収容するガラス容器、10はレーザ光束11と直角
な面内にある石英製の透明な窓材、12はチャック8と
連結した回転シャフト13とガラス容器9内の気密を保
持するAイルシール軸受、14はガラス容器9内に充填
された屈折率調整油、15は回転シャフト13を一定角
度毎に回転させる機能を有するパルスモータ、15′は
回転シャフト13の軸受、16は光学系6を光ファイバ
母材7の軸方向へ一定の間隔で移動せしめるパルスモー
タ、17はパルスモータ16の駆動力を伝達Jるネジ付
回転シャフトで、前記光学系6の一部に螺装されでおり
、この回転シャフト17の回転により光学系6が光ファ
イバ7の軸方向に対して前進後退する。
18は回転シャフト17の軸受、19は光学系6で測定
した11号を処理する電気信号処理部、20は装置全体
を制tIIIづると共に処理された電気信号を演算処理
するミニコンビ」−タ、21は演算結果を表示するX−
Yプロッタである。
これを動作するには、先ず石英系の単−七−ド用光ファ
イバ母材7をチャック8により固定し、ガラス容器9の
内部に屈折率1.4570のシリコンオイル(屈折率調
整油14)を満だ10ついで、光学系6を動作さぜ、H
e−N(!レーザの平行光束11を光ファイバ母材7の
中心軸に対し直角方向に走査し、そのとぎの受光信号を
、電気信号処理部1つへ送出する。第4図は受光信号の
測定例を模式的に示したものであり、信号強度が8しく
減少する△及びA′点は九)メイバ母材7のクラッド部
と屈折率調整油14との境界を、同様にB及びB一点は
、光ファイバ母材7のクラッド部とコア部の境界に対応
する。ここで、これらのパルス状信号間の時間t 及び
t2を゛電気的に測定することにより光ファイバ母材7
のコア径、外径を決定りることができる。さらにレーザ
光束の走査は、適当な偏向器を用いることにより1走査
当り数m5ec以下の速度で行なえるため高速の測定及
び信号の平均化処理を容易に行うことができる。なお、
第4図に示すような光信号が得られることは、後で詳述
する。
次に、これらのデータは電気信号処理部19で数十回か
ら数千回の平均化処理を行なった後、ミニコンピユータ
20に内臓された記憶装置に記憶される。ついで、ミニ
コンピユータ20よりパルス七−夕15にパルス信号を
送り、回転シャフト13を5°回転せしめ、上記と同様
の測定を行う。
この際、第4図のA、/M、B、B−の各点はそれらの
相対的な時間位置もデータとしC記録される。これらの
データは、第4図においてコアが偏心している場合、そ
の偏心量を、さらにコア径及び外径の非円率を決定する
のに用いることができる。
以下、上記と同様な測定を、全回転角(360’方向)
について実施しく測定点72点)、それらのデータをミ
ニコンピユータ20に記録する。
ついで、ミニコンピユータ20より、パルスモータ16
へパルスを送出し回転シャフト17を回転させ光学系6
を光ファイバ母材7の軸方向へ1Qmm移動せしめ、上
記と同様の測定(測定点72点)を実施する。以下、光
学系6を10mm間隔で繰り返し移動させながら上記の
測定を実施し結果をプロッタ21で表示すれば、光ファ
イバ母材7の軸方向での外径、外径非円率、コア径、コ
アの非円率、コアの偏心率の長手方向依存性が:1精度
で求められる。また、測定間隔は、所要の範囲で任意に
選定できる。
なお、外径及びコア径の非円率、コア径の偏心率は、単
一モードファイバ母材の場合、次式で与えられる。
外径の非円率−(最大外径−最小外径)/(標準外径)
X100(%) 」ア径の非円率=(最大コア径−最小」ア1¥)/(標
準コア径)X100(%) コアの偏心率=(母材の中心と]アの中心との距l1l
) / (標準外径)X100(%)ここに、母材の中
心及びコアの中心は、前記の360″方向の測定値(測
定点72点)に対し最小二乗法を適用して容易に決定さ
れる。
第5図は、上記の測定の一例を示づもので、良さ約40
cmの甲−モード光ファイバ母材のコアの偏心率の長手
方向依存性である。この測定から、測定に用いた光ファ
イバ母材の偏心率は0.52%以内にあることが確認さ
れた。
なお、本実施例では、光ファイバ母相を横に保持する場
合について説明したが、装置構成上縦型にすることでき
る。
以下では、屈折率調整油の屈折率の条件と第4図に承り
信号が得られる原理について説明する。
第6図は、本測定装置の動作に関する説明図であって、
第3図の光学系6の断面を示したものであり、22は集
光レンズ、23は光探知器である。
第6図に43いて、P−P”、Q−Q′、R−R。
5−8−、T−T′はX方向に走査された1−Ie −
Neレーザ光束を示しており、X方向での光束の位置と
受信される光信号の関係はn<nlの場合以下の通りで
ある。ここで第6図は、窓材10が屈折率n1の石英か
らなる場合について示しており、このようにすることに
より屈折率調整油14との間の無用の反射を低減するこ
とができる。窓材の屈折率のnlからのずれは、測定に
本質的な影響を与えることはない。
*ただし、0〈ε<<a、n<nl すなわち、窓材10に対し垂直方向に入射した)1e−
Neレーザ光束は、光ファイバ母材7のクラッド及びコ
アに接する際、接点における媒質相互間の屈折率の大小
関係によって、屈折又は反射し集光系22から外れるた
め光検知器23にほとんど受光されなくなる。屈折又は
反射の条件は下記の通りである。
(1)光ファイバ母材7のクラッド外周上での屈折と反
射 (a)n<nlの場合屈折する。
(b)n>nlの場合反射する。
(2)光ファイバ母材7のコア外周での屈折(a)常に
n  <noであるため屈折する。
上記の接点以外では、各媒質間の屈折率の差は少ないた
め光束はほぼ直進し、集光系22により集光され、光検
知器23に受光される。
以上のような理由で、第4図にようなパルス状の光出力
がIJられることが説明された。ここで、このパルスが
ある程度の幅を有するのは、入射光束のスポットサイズ
が有限でありかつその強度分布がほぼガウス状の分布を
してなり、光検知器の受光面がある程度の大きざを有し
ているためである。第4図の測定例では、スポットサイ
ズは0゜3mmφ(1/e2)、受光器の閉口は幅0.
5mmであり、受光器の前の集光レンズの焦点距離は1
10mmであった。こうしたパルスの広がりによる測定
誤差は、基準サンプルを用いて較正ザることにより十分
な精度まで容易に低減することができる。
つぎに、クラッド表面での光束の屈折によって生じる誤
差は、以下のように求められる。第6図においてスネル
の法則により次式が得られる。
sinθ2   n        (1)一方、光束
SがQ′点で接したとき、第6図の距離dは d−bs i no1      (2)で与えられる
また三角形s”oo−で、0O−−a、s”0−b、−
:o”s”o−θ2であるから、次式が得られる。
bsinθ2=a        (3)式(1)〜(
3)式より、光束Sがコアに接するときのコア半径に相
当する測定値dは d=ユと n           (4) で与えられる。
したがって、コア!¥ 2 aの測定誤差ΔFは次式%
式% 一般に、光ファイバ母材の非円率及び偏心率は1〜2%
以下であり、これを高精度で決定するには、母材形状の
測定精度として少なくとも0.1%以下が競求されるた
め、次式の条件が必要となる。
また、クラッドの形状を測定するためには、第4図の△
及びA′の信号を得る必要があり、その条件は次式で与
えられる。
n 1% n           (7)なお、クラ
ツド径の計測に関しては、光束がクラッドに接する以前
に屈折の要因がないため、上記の屈折率″J4整油によ
る誤差要因はない。
(発明の効果) 以上説明したように、第1の発明によれば、レーザ光束
を走査しつつ光ファイバは材を回転させることにより、
屈折率差の影響を受けることなく九ファイバ母材の形状
を的確に測定できる。また第2の発明によれば、光ファ
イバ母材の外径、外径の非円率、コア径、コア径の非円
率、コアの偏心率を長平方向におい−(非破壊かつ高精
度に連続自動測定できるため、光ファイバ母材の品質管
理に楊めて有効である利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のこの種の装置の概念図、第2図はその測
定例を示すグラフ、第3図は本発明の実施例を示す装置
全体の概念図、第4図は本発明装置による受光信号の測
定例の説明図、第5図は本発明装置による光ファイバ母
Hのコア偏心率長手方向依存性の測定例を示すグラフ、
第6図は本発明装置の動作原理及び測定誤差算出の説明
図、第7図は本発明装置による測定のフローチャートで
ある。 6・・・レーザ形状測定部の光学系、7・・・光ファイ
バ母材、8・・・チャック、9・・・ガラス容器、10
・・・窓材、11・・・レーザ光束、12・・・オイル
シール軸受、13・・・回転シX・フト、14・・・屈
折率調整油、15・・・試料回転用のパルスモータ、1
6・・・光学系移初用のパルスモータ、17・・・ネジ
付回転シャフト、18・・・軸受、19・・・電気信号
処理部、20・・・ミニコンピユータ、21・・・X−
Yプロッタ、22・・・集光レンズ、23・・・光検知
器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)外径を計測する被測定物の中心軸に対し垂直方向
    にレーザ光束を走査し、該レーザ光束が該測定物によっ
    て遮られる時間を電気的に計測することによって、該測
    定物の外径を高精度で測定する外径測定装置において、
    該光束の送出部と受光部の中間に、該光束に対し垂直な
    面内に前後2枚の透明な窓材を有する容器を配し、該容
    器内に光束と直角方向に被測定の光ファイバ母材の中心
    軸を回転可能に配し、かつ該容器内に満たされた屈折率
    調整油の屈折率nが |[(n_1−n)/n]|<10^−^3、n_1≠
    n(ただし、n_1は光ファイバ母材のクラッドの屈折
    率を表す。) なる関係を満足するようになしたことを特徴とする光フ
    ァイバ母材の形状測定装置。
  2. (2)外径を計測する被測定物の中心軸に対し垂直方向
    にレーザ光束を走査し、該レーザ光束が該測定物によっ
    て遮られる時間を電気的に計測することによって、該測
    定物の外径を高精度で測定する外径測定装置において、
    該光束の送出部と受光部の中間に、該光束に対し垂直な
    面内に前後2枚の透明な窓材を有する容器を配し、該容
    器内に光束と直角方向に被測定の光ファイバ母材の中心
    軸を回転可能に配し、かつ該容器内に満たされた屈折率
    調整油の屈折率nが |[(n_1−n)/n]|<10^−^3、n_1≠
    n(ただし、n_1は光ファイバ母材のクラッドの屈折
    率を表わす。) なる関係を満足し、該光ファイバ母材をその中心軸に関
    し任意の角度毎に回転すると共に軸方向へ任意の長さ毎
    に移動可能な機構を有することを特徴とする光ファイバ
    母材の形状測定装置。
JP15355185A 1985-07-12 1985-07-12 光フアイバ母材の形状測定装置 Expired - Lifetime JPH0627646B2 (ja)

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WO2005090939A1 (ja) * 2004-03-23 2005-09-29 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 光ファイバ母材のコア部非円率の測定方法及びその装置

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