JPS62299738A - 光フアイバの端面角度測定方法およびその装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバの端面が該光ファイバの軸となす
角度を簡単かつ精密に測定Ｊる方法およびその＠置に関
するものである。

（従来の技術） 光フアイバ同士を相互に低損失で接続する方法としては
、光ファイバの端部を熱で溶融しで接続する融着接続法
や、光ファイバの端部を対向させてコネクタで固定する
方法等がある。

融着接続法の場合、光ファイバの端面が該光ファイバの
軸に対して垂直でないと、融着する際、光フアイバ中の
コアの変形を引起こし、低損失に接続することが大変困
難となる。また、コネクタによる接続の場合も光ファイ
バの端面、即ちコネクタの端面が光ファイバの軸に対し
て垂直でないと、損失の原因となる。

このように光ファイバの端面を、光ファイバの軸に対し
て垂直に切断あるいは研磨することは、光ファイバの接
続上、不可欠な作業であり、このため、光ファイバの端
面の角度を精密に測定する技術が必要となる。

従来より用いられている光ファイバの端面角度測定方法
としては、例えば光ファイバの端面を側面より顕微鏡Ｃ
観察して角度を測る方法があり、また、他の方法として
は光ファイバの端面を、該光ファイバの軸に対して垂直
に保持したガラス板の−の面に接近させ、その間隙で光
を多重反射させて干渉を起こさせ、その際、生じる干渉
パターンを顕微鏡で観察して角度を測る方法等があった
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前者の方法では端面を側方から観察する
ため、光ファイバの軸を中心に光ファイバを回転させな
がら測定しなければならず、作業が繁雑となり、また、
光学顕微鏡で測定する関係ト、サブミクロン単位での測
定は不可能であり、端面角度の測定粘度もたかだか１度
稈度しか得られなかった。

また一方、後者の方法では光の干渉を利用するため、端
面の角度を０．２度以上の精度゛Ｃ測定することが可能
であるが、干渉パターンを顕微鏡で観察するために、該
顕微鏡の焦点を前記ガラス板越しに光ファイバの端面と
ガラス板との間の干渉パターンに合せる必要があり、憤
れないと干渉パターンを正確に観察することができず、
測定値が不正確になり、また、光ファイバの端面とガラ
ス板とをごく接近させる必要があるため、誤って光ファ
イバの端面をガラス板に衝突させ、損傷させてしまう恐
れがあるという問題点があった。

本発明は前記問題点を除去し、作業が簡単でかつ測定精
度の高い光ファイバの端面角度測定方法およびその装置
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するため、本発明方法では光ファイバ
の一端より可干渉光を入射し、該光ファイバの被測定端
から出射する光を、均一な厚さを有しかつ前記被測定端
より任意の間隔を隔てた位置に前記光ファイバの軸に直
交して配置した透明板、および該透明板を通して前記光
ファイバの軸に直交して配置したスクリーンに照射させ
、該スクリーン上に形成される投影像の中心と、該投影
像に重なってスクリーン上に形成される同心円状の干渉
像の中心との距離を測定し、該距離から光ファイバの被
測定端の端面角度を算出するようになし、また、本発明
装置では光ファイバの被測定端を固定Ｊる固定手段と、
均一な厚さを有しかつ前記固定手段より任意の間隔を隔
てた位置に設けた透明板と、前記透明板を挟んで前記固
定手段と対向する位置に設けたスクリーンとを協え、前
記透明板およびスクリーンは前記固定手段に固定された
光ファイバの軸に対して直交する如く配置した。

（作　用） 本発明方法によれば、光ファイバの被測定端の反対側の
一端より入射した可干渉光は、該光ノフイバ内を伝怖し
被測定端より外部に出射し、透明板を透過してスクリー
ンに達し、投影像を形成するが、該投影像は被測定端の
端面が光ファイバの軸に対して垂直でない場合、該端面
角度および光ファイバのコアの屈折率に対応して斜めに
投影される。この際、法用（ト）光は透明板に対しＣも
斜めに入射することになるため、該透明板の両面で反射
されて干渉を生じ、スクリーン上に光ファイバの軸の延
長線上を中心とする同心円状の干渉像を形成する。前記
投影像の中心と干Ｓａの中心との間の距離は、光ファイ
バの被測定端の端面角度、光ファイバの被測定端と透明
板との間隔、透明板とスクリーンとの間隔、透明板の厚
さ、透明板の屈折率および光ファイバのコアの屈折率に
よって定まる値であるため、該距離を測定し、所定の演
算を行なうことにより、光ファイバの被測定端の端面角
度が算出される。また、未発朗装置によれば、光ファイ
バの被測定端を固定手段に装着づることにより、該光フ
ァイバの被測定端が、透明板およびスクリーンに対して
所定の位置関係をもって配置され、光ファイバの反対端
より可干渉光を入射することにより、前記投影像および
干渉像がスクリーン上に形成され、光ファイバの端面角
度の測定がなされる。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示すものぐ、図中、１
は光ファイバ、２はガラス板、３はＴＶカメラの撮像器
、４は光ファイバ１の固定台、５はガラス板２の支柱、
６は撮像器３の支柱、７は基台、８はカバー、９はＨｅ
−Ｎｅレーザ光源、１０はＴＶカメラ本体、１１はモニ
タである。

光ファイバ１は、端面角度を測定しようとするらので、
その一端１ａは周知のｌ−１ｅ−ｊ’Ｊｅレーザ光源９
に接続され、伯端、即ち被測定端１ｂは固定台４に固定
される。

ガラス板２は、その両面が平行で、厚さおよび屈折率等
の光学的特性が均一な透明なものであって、基台７上の
固定台４より任意の間隔を隔（た位置に、支柱５によっ
て固定されている。

撮像器３は、例えばＣＯＤ等の固体陽像素子であって、
搬像面３ａがガラス板２を挟んで固定台４と対向する位
置となるよう、支柱６によって基台７上に固定されてい
る。

固定台４は、第２図に示１ようにブロック状の本体４ａ
と、該本体４ａに対して蝶番４ｂを介して回動自在に取
付けられた押え板４Ｃとからなり、該本体４ａおよび押
え板４Ｃの当接面４ｄ。

４ｅには光フアイバ保持用のＶ字形のｔｉ’１ｓ４ｆ、
４Ｑおよび押え板固定用の磁石４ｈ、４ｉ／ｆｉ、４け
られている。

ここで、前記溝４ｆの大きさが２段階となっているのは
、光ファイバ１の端部の形状と一致させるためである。

即ち、前記光ファイバ１は、実際には、第３図に示すよ
うにその周囲に被覆１２が施された光フアイバ心線１３
として用いられており、固定台４に装着する場合は、該
光フアイバ心線１３の端部の被覆１２を除去し、その内
部の光ファイバ１を表出させ、その上で該光ファイバ１
の部分を溝４ｆの細い部位に、また、光フアイバ心線１
３の部分を溝４ｆの太い部位に収容し、押え板４Ｃを回
動させ、当接面４ｄと４ｅとを当接させ、磁石４ｈと４
１とを吸着させることにより、保持・固定する如くなっ
ている。なお、この際、光ファイバ１の位置は、第４図
に示すように光ファイバ１の被測定端１ｂの端面１Ｃが
、固定台４の側面と一致する如く設定される。

また、前記ガラス板２．蹟ｆ＆器３の搬像面３ａは、固
定台４に固定された光ファイバ１の軸に対して直交する
如く配置される。

カバー８は、固定台４より撮像器３までの部分を外部の
光から遮断するためのらので、ｖ台７に取外し自在に取
付けられている。

なお、第１図において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源９．ＴＶ
カメラ本体１０およびモニタ１１は、他の部分より縮小
して表わされている。

次に前記装置による測定方法およびその作用について、
詳細に説明する。

１−１ｅ−Ｎｅレーザ光源９から光ファイバ１の一端１
ａに入射した光は、該光フフイバ１を伝播して光ファイ
バの被測定端１ｂに達し、その端面１Ｃから外部、即ち
空気中に放射される。

第５図に示１゛ように、この放射光１４はガラス板２を
透過して、撮像器３の撮像面３ａＧＣ達し、投影像Δを
形成する。この投影像Ａは、撮像器３により電気信号に
変換され、ＴＶカメラ本体１０を介してモニタ１１に送
出され、表示される。なお、本実施例では撮像器３の搬
像面３ａがスクリーンに相当する。

第６図は、光ファイバ１の端面１Ｃから放射された光１
４が搬像面３ａに達するまでのようすを示す。ここで、
端面１Ｃとガラス板２の−の面との間隔を１１、ガラス
板２の他の面とｌ１１象面３ａとの間隔を１２、ガラス
板２の厚さをｄ、ガラス板２の屈折率をｎとし、また、
光ファイバ１の端面１Ｃと光ファイバ１の軸に垂直な面
とのなす角度をθとすると、端面１Ｃから放射される光
１４は、第７図に示すように伝播光１５、即ち光ファイ
バ１の軸に対して角度δだけ傾く。該角度δと端面１Ｃ
の角度θとの関係は、 ｎ　　　　ｓｉｎθ＝ｎｏｓｉｎ（δ＋θ’）　・−・
・（１）ｏｒｅ となる。但し、ｎｃｏｒｅは光ファイバ１のコアの屈折
率、ｎｏは空気の屈折率である。

光ファイバ１の端面１Ｃからｔｌｌ、射される光は円錐
状の広がりをもっているが、ここで問題にしているのは
投影光の中心であり、即ち、光ファイバ１を伝播する最
低次のモードの光のみを考えれば事足りる。なぜなら、
通常、伝播光１５はこのモードに集中しており、投影像
Ａ中の最も明るい部分に対応し、かつ像の中心となる。

従って、光フアイバ１中を軸方向に伝帽してきＩＣ光１
５が、第７図に示すように角度δで放射され、第５図に
示すように投影像Ａの中心ＡＯに達していると考えるこ
とができる。

一方、端面１Ｃから放射された光１４は医像面３ａに達
する前にガラス板２を通過する。第８図に示すように、
ガラス板２に対して角度ηで入射する光１４ａは、透過
光１４ｂを生じるとともに、ガラス板２の両面で反射を
繰返して多数の干渉光１６を生じ、即ら該角度ηに依存
して強め合ったり弱め合ったりして、結局、搬像面３ａ
上に光ファイバ１の軸の延長線上を中心とする同心円状
の明暗パターン（干渉像）を形成する。

明線を発生ザる角度ηの条件は次のとＪ３ゆである。

２ｄｎ／ｃｏｓη−＝ｍλ ｎ　ｏ　ｓｉｎ　７７　＝　ｎ　ｓｉｎ　７７−　　　
　　　・−−−−−（２）（（ｌｌｔ、、ｍ　＝　Ｑ　
、±１．±２　、−・−・・）ここで、λはト１ｅ−Ｎ
ｅレーザ光の波長である。

前記条件を満足する角度ηに対応して、第５図に示すよ
うに、ｌｌ！３＠而３ａ上に光ファイバ１の軸の延長線
上を中心とする同心円状の干渉＠Ｂが生じる。

これに対して、前記投影＠Ａは前述したように端面１Ｃ
の角度θおよび光ファイバ１のコアの屈折率に依存し、
式（１）に従う角度δをなし−（放射されるため、投影
像Ａの中心Δ０と干渉像Ｂの中心ＢＯとは、１′を像面
３ａ上で次式に示す距１ｉｘだけずれる。

ｘ＝ｎｏ　　（１１＋　７２　　＋ｄ／ｎ’）　　ｔａ
ｎ　　δ・・・・・・（４） 前記距離Ｘを測定し、式（１）、　（４）を用いて演算
処理することにより、光ファイバ１の端面１Ｃの角度０
を求めることができる。

本実施例ではスクリーンとしてＴＶカメラの撮像器３を
用いているので、投影像Ａおよび干渉像Ｂはモニタ１１
上で確認される。そのため、測定精度はｒｄ像蒸器３分
解能によって決定される。

今、囮８！器３の分解能を撮像面３ａ上で３０μｍとす
る。この値は走査線５００本で１．５ｃｍ角の撮像面を
持つ−［Ｖカメラの九像器に相当する。

また、前記測定装置の各数値を ｄ＝２ｍ、ｎ＝１．４、λ−０．６３μｍ。

１’ｌ＝３０ｍ、１２　＝１０ｍ、ｎｏ−１．０とし、
光ファイバ１の屈折率ｎｃｏｒｅ−１−４５、比屈折率
差Δ＝１％とづると、端面角度０．１度に対する撮像面
３ａ上での距ｌｌｌ１ｘは３３μｍと品出される。

この値は前記ＴＶカメラの囮像器の分解能にほぼ等しく
、この実施例での端面角瓜の測定分解能はほぼ０．１度
であることがわかる。

なお、１．０度までの端面角度に対応する型刻［Ｘの計
峰値を第９図に示す。但し、距離Ｘは光ファイバ１の端
面１Ｃと搬像面３ａとの間の光路長ｎｏ　　（ｉ＋１＋
ｐ２　＋ｄ／ｎ）で規格化しである。

前記構成によれば、大変単純な構成でありながら、端面
角度を０．１度という高い精度で測定することができる
。

このように前記実施例によれば、測定時に観察しなけれ
ばならないのは、搬像面３ａ上の投影＆　Ｊ３よび干渉
像だりであるので顕微鏡を必要としない。しかも、光フ
ァイバ１の端面１Ｃとガラス板２との間隔、あるいは撮
像面３ａどの間隔が任意であり、顕微鏡を用いた場合の
Ｊ：うに焦点合Ｕのような操作も駆動機構も必要ない。

また、光フフイバ１の端面１Ｃと撮像面３ａとの間隔が
充分大き番プれば、端面１Ｃの固定位置のわずかな変動
は測定精度に大ぎな影響を与えない。なぜなら、距離ｘ
は光ファイバ１の端面１Ｃと搬像面３ａとの間隔に比例
するため、該間隔に対するわずかな誤差は、距離Ｘに取
ってもわずかな誤差にすぎないからである。

前記実施例において、距＃ｘｔよ本測定を行なう人がモ
ニタ１１上で物差し等により計測する方法をとっている
が、−「■カメラ本体１１の出力信号を泪算機で処理し
て、投影像の中心と干渉像の中心をそれぞれ自動的に算
出して距離Ｘを求め、端面角度を詐出することもできる
。

この場合の投影像の中心を決定する処理は、投影像の重
心を求めることで簡単に実現される。

また、干渉像に対しては、パターンが円形であることを
利用して１つの暗線上の数カ所の位置を検出し、それら
から中心位置を等量する処理方法を使用する。このよう
にして距離の算出ち自動的に行なえば、被測定光ファイ
バを装置にセットするのみで簡単に端面角度を知ること
ができる。

また、本実施例では干渉を生じさせるためのガラス板２
とスクリーンの役目を果たす躍像器３とが分離している
が、これらを一体にする、即ち第６図における両者間の
距離１２を「０」にすることもでき、この場合は部品点
数が減り、さらに単純な構造の測定装置を実現できる。

第１０図は本発明の第２の実施例を示すものである。図
中、２０は光フアイバコネクタ用レセプタ、２１はスク
リーン用すりガラス、２２はケースである。レセプタ２
０は光フアイバコネクタ（図示せず）を挿入し固定する
部品であり、ケース２２の一端に取付けられている。ま
た、ケース２２内の所定の位置、即らレセプタ２０より
任意の間隔を隔てた位置にはガラス板２が、また、ガラ
ス板２を挟んでレセプタ２０と対向する位置にはすりガ
ラス２１が、該レセプタ２０の軸と直交する如くそれぞ
れ固定されτいる。

これを使用する場合は、測定しようとする光ファイバを
取付けた光フアイバコネクタをレセプタ２０に接続し、
該光ファイバの反対側の端部より入射させたレーザ光を
コネクタから出射させ、すりガラス２１上に投影する。

而して、ケース２２のレセプタ２０の取付１ノ面に対向
する面に設けられた窓（図示せず）からすりガラス２１
をのぞき、その上に形成される投影像の中心と同心円状
の干渉像の中心との距離を測定し、前記同様の演算を行
なうことにより、光フアイバコネクタの端面角度を求め
る。

このように本実施例によれば、小型で堅牢かつ構成簡単
な測定装置を実現でき、作業現場にＪ３いて、光フアイ
バコネクタの端面を研摩する際の端面角度の測定を容易
に行なうことができる。なお、その伯の構成０作用は第
１の実施例と同様である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、顕微鏡を必要とせ
ず、従って、焦点合Ｖ等の駆動機構を必要とせず、光フ
ァイバの固定手段と透１す４板とスクリーンとで構成さ
れた極めて単純な構造の測定装置を用いて、端面角度の
測定が実現でき、また、測定精度は従来の、７１１Ｊ定
法に比較して、同等もしくはそれ以上であり、また、顕
微鏡等を必要としないため、取扱いが極めて簡単であり
、測定に熟練を必要としない。さらにまた、光ファイバ
の端面に近接さける部品を必要としないため、誤って端
面を旧傷りる恐れがない等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図は
光フアイバ固定台の詳細を示ず斜視図、第３図は光ファ
イバの端部のようすを示す図、第４図は光フアイバ固定
台に光ファイバを固定したようすを示す図、第５図は光
ファイバからの出射光により幣像面にＩＱ影像および干
渉像が形成されるようすを示す説明図、第６図は光ファ
イバからの出ｑ４光が躍像面に投影されるようすを示す
図、第７図は光ファイバの端面角度と出射光の角度との
関係を示ず図、第８図はガラス板により干渉が生ずるよ
うすを示す説明図、第９図は第１の実施例におりる端面
角度とスクリーン上の距離どの関係を示すグラフ、第１
０図１よ第２の実施例を示す一部切欠斜祝図である。 １・・・光ファイバ、１ｂ・・・光ファイバ１の被測定
端、１Ｃ・・・光ファイバ１の端面、２・・・ガラス板
、３・・・搬像器、３ａ・・・搬像器３の陽像面、４・
・・光ファイバの固定台、５，６・・・支柱、７・・・
基台、８・・・カバー、９・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源
、１０・・・ＴＶカメラ本体、１１・・・モニタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバの一端より可干渉光を入射し、該光フ
   ァイバの被測定端から出射する光を、均一な厚さを有し
   かつ前記被測定端より任意の間隔を隔てた位置に前記光
   ファイバの軸に直交して配置した透明板、および該透明
   板を通して前記光ファイバの軸に直交して配置したスク
   リーンに照射させ、 該スクリーン上に形成される投影像の中心と、該投影像
   に重なってスクリーン上に形成される同心円状の干渉像
   の中心との距離を測定し、 該距離から光ファイバの被測定端の端面角度を算出する
   ようになした ことを特徴とする光ファイバの端面角度測定方法。
2. （２）光ファイバの被測定端を固定する固定手段均一な
   厚さを有しかつ前記固定手段より任意の間隔を隔てた位
   置に設けた透明板と、 前記透明板を挟んで前記固定手段と対向する位置に設け
   たスクリーンとを備え、 前記透明板およびスクリーンは前記固定手段に固定され
   た光ファイバの軸に対して直交する如く配置した ことを特徴とする光ファイバの端面角度測定装置。