JPS62189409A - 光フアイバ軸ずれ測定方法 - 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】 （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ばんするよう
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５８−１５３０
５５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Ｔ　ハ特願Ｒａ５８−３００３２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。また光ファ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は光ファイバであり、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、Ｕ、−
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、Ｕｌ−１、
Ｕｌ−２の様に対物レンズに入射する。Ｕ、−１、Ｕｌ
−２は光ファイバの直接像を、Ｕｌ−１、Ｕｌ−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、直接像は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ｍ像されたＴＶ画面の画像の例である。

Ｐｌ、Ｐ２が左右の光ファイバの直接像、ｐ３　、ｐ４
が左右の光ファイバの反射像である。Ｌｌ　、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、余分な機構を貝
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置針測方法
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。

（問題点を解決するだ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１
０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
融看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、
ＴＶ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８
ａ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象の説明図である。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完工のほかに、いった
ん入射したのち反対の表面で反射してくる光線■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
工、ＹＩＩ　　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
射率や透過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、１１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図は仮想的にα−０の場合を考えたとき、観測面ｙ軸
方向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１２５μｍ１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■によるもの、左上り斜線で示した領域が反射完工
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ｌ　ｓｉｎθ１
≦−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、反射完工によるものと、反射光■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が一５０μｍ、０μ１１＋５
０μｍの場合について描いたものである。右上り斜線が
反射光■、左上り斜線が反射完工によるものである。破
線ＢＬは光ファイバのクラッド外周位置を示す。反射光
■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Ｏに
近くなり、クラッド外周位置に一致している。一方、反
射完工による明線は中央部にのみ現われ、反射光■の明
線と重なり合う。反射光■による明線が３つ生じるのは
、光線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−１
０°、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■による明線は第
５図で狭く、第６図では消滅している。また反射光■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■に
よる明線は複雑に変化することが分る。

なお、αがざらに大きくなると、反射光■による明線は
消滅する。一方、反射完工による明線は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、この反射完工による明線を利用して、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■による明細の幅は、Ｘｏが３０
μｍあたりでＯに近くなり、Ｘｏがこれから離れるに従
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−３０μ鍋あたり
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図における反射光重についての￥Ａ域はＶ−Ｙ
ｏ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ＴＶｊ！ｉｉ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）８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、こ輝度を規格化して扱う場合には
、−窓領域での輝度、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ＮＡ
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
整しであるとする。この時、走査線と垂直（たて方向）
にサンプリングラインＬ、、Ｌ２を設定し、この線上の
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画像には捕えら
れない。すなわち、反射光重、■による明線のみがＩＱ
ＩＩＩＩＪ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。■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ｙ５、Ｖ＋　’　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ｖ２、Ｖ２　ｒ
　とする。

これにより、線幅がｌ　　Ｖ＋　−ｙ２１％Ｉ　　Ｖ＋
’　−’／２’　　ｌ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−ｋｘ（１！ｌ’ｌ−Ｙ２　１−１　　ｙ、ｌ　−
Ｖ２’　　ｌ）として算出できる。ただし、ｋｘ　　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 ΔＶ　＝　（Ｖ＋　＋　Ｖ２　）／２ （Ｖ＋　’　＋　Ｖ２　’　）／２ と簡単に実現される。図中Ｙｏ−（Ｖ＋＋Ｖ２）／２、
Ｙｏ’　＝　（Ｖ＋　’　＋　Ｖ２　’　）／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、ＹＯｌＹ　ｏ／の位置に
おける輝度■０、ｌｏ／　を計算に用いる。前に述べた
通り、簡略系では ΔＸ”ｋ’　　（ｉｏ／Ｉｏ’　） で算出できる。ただしｋｘ′　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−〇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・・・融着接続装置特許出願人　　
　日本電信電話株式会社第３図 第５図 第７図 日 −１００−５００５０ｆｏｏ　　Ｘ、（、ａｍ）第８図 （ａ） （ｂ）　　　　　　（。） 第９図 ４−・−ξラー ５−・・史稗休

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、ＴＶ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。