JPS63210646A

JPS63210646A - 屈折率測定装置

Info

Publication number: JPS63210646A
Application number: JP4350087A
Authority: JP
Inventors: Susumu Inoue; 享井上; Yasuji Hattori; 服部　保次; Koji Kawachi; 河内　宏司
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-02-26
Filing date: 1987-02-26
Publication date: 1988-09-01

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、光を透過する物体の屈折率を測定する装置に
関する。より詳細には、本発明は、光フアイバ母材等の
被測定体を破壊することなく、その物質の屈折率を測定
することのできる新規な屈折率測定装置の構成に関する
。

従来の技術光フアイバ母材のように、それ自身が光を透過する光学
的な製品に加工される部材は、加工に先立って、各部材
個々の屈折率を測定する必要がある。また、その部材そ
のものが製品である場合にも、品質管理等の点から屈折
率の測定を必要とする場合がある。

従来知られている、干渉計を用いた屈折率測定方法では
、被測定体を測定に適した形状並びに寸法に加工する必
要があり、測定に手間がかかると共に、被測定体を消費
してしまうという問題がある。特に、光フアイバ母材の
屈折率を測定する場合等は、測定のために加工してしま
う部材は、材料歩留りの低下として産業上好ましくない
影響を及ぼす。

発明が解決しようとする問題点そこで、本発明の目的は、被測定体を加工あるいは破壊
することなく、容易且つ正確に被測定体の屈折率を測定
することのできる新規な屈折率測定装置を提供すること
にある。尚、本発明に従う屈折率測定装置は、光フアイ
バ母材の如き円柱形の光フアイバ測定体の屈折率測定に
有利に用いることができるがこれに限定されるものでは
ない。

問題点を解決するための手段即ち、本発明に従い、円筒形の透明な被測定体に対して
、該被測定体よりも広い幅を有する平行光線を、該被測
定体の中心軸と直角に照射する光源と、該光源に対して
該被測定体の後方に位置し、該被測定体を透過した光を
含む該光源より照射された光を受光して該被測定体の像
を結び、前記光源からの照射光の強度分布を表示する結
像手段とを備え、前記光源から出射されて該結像手段に
到達した光が、該被測定体により屈折したことによって
、該被測定体の投影境界に生じる暗部の幅を測定する第
１の測定系と、前記光源の照射する光に対して被測定体
の少なくともある輪郭線が照射範囲内に含まれ且つ該母
線が前記光源と直角を保つように該被測定体を位置決め
し更に該位置を保持することのできる被測定体支持手段
とを備え、該支持手段により保持された被測定体の光学
的位置と前記結像手段との間の距離を検出する第２測定
系と、前記第１測定系並びに前記第２測定系から得られ
た値に対する演算を実行して被測定体の屈折率を算出す
る手段とを備えることを特徴とする屈折率測定装置が提
供される。

作用上述のような本発明に従う屈折率測定装置は、以下のよ
うに動作する。

即ち、この装置において、光源により被測定体に照射さ
れた光は、一部は被測定体を透過した光（以下、この光
を透過光と記す）として、また一部は被測定体の側部を
通過して直接結像系に到達する光（以下、この光を通過
光と記す）として、被測定体に対して光源と反対の側に
配置された結像系に被測定体の影を投影する。

通過光は、被測定体を透過せずに被測定体の周囲を通過
し、光源から直、接結像系に到達しているので、結像系
で通過光の到達する領域は当然に明るい。また、被測定
体を透過して結像系に到った光は、被測定体の界面にお
ける反射や被測定体内での散乱等によって減衰して結像
系に到達する。

但し、この結像系上の被測定体の映像では、透過光と通
過光との境界の被測定体の投影側に、受光強度が極端に
低下し、はぼ零となる部分が現れる。

これは、透過光が、被測定体によって屈折し、被測定体
の中心方向に曲がるために生ずるものである。従って、
この暗い部分（以下、暗部と記す）の幅は被測定体の屈
折率と対応して変化する。そこで、被測定体の寸法、形
状並びに被測定体と結像系との光学的な距離が判ってい
れば、被測定体の屈折率を計算によって得ることができ
る。

被測定体の寸法並びに形状は、予め知ることができるの
で、実際の測定では、屈折率を知るためには、暗部の幅
を検出する手段とその時の被測定体と結像系との光学的
な距離を検出する手段が設けられていれば、被測定体の
屈折率を得ることができる。

実施例以下に添付の図面を参照して本発明をより具体的に詳述
するが、以下に開示するものは本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではない
。

第１図（ａ）並びにら）は、本発明に従って構成された
屈折率測定装置の光学的な構成を概略的に示す図であり
、第１図（ａ）は装置を上方からみた図であり、第１図
ら）は装置を側方から見た図である。尚、第１図（ａ）
並びにら）では、被測定体の支持手段の一部も示してい
る。

即ち、支持手段Ｃによって図の略中夫に水平に位置決め
された被測定体１に対して、照明用光学系Ａと結像用光
学系Ｂとが対象に配置されている。

光源２は被測定体支持系Ｃから充分に遠い位置に配置さ
れ、光源２と被測定体との間には、コリメートレンズ３
を配置し、光源２による照射光を、平行光線によって形
成された所定の幅の光束とする。このとき、“所定の幅
”とは、図中にも示すように、少なくとも被測定体の直
径よりも大きなものである。また、被測定体支持系Ｃは
、この照射光を遮らないように、被測定体１の中央部を
避けて、これを支持している。更に、被測定体支持系Ｃ
は、後述するように、被測定体１の姿勢並びに位置を３
次元的に調節することができるように構成されている。

一方、結像光学系Ｂは、被測定体ｌとの間に撮像レンズ
４を備えたテレビカメラ５と、テレビカメラ５の撮影し
た被測定体の像を映すＣＲＴモニタ６とによって主に構
成されている。これら光源２、コリメートレンズ３、撮
像レンズ４、テレビカメラ５は、各々の光学的な中心が
１直線上にあるように配置され、また、被測定体１は、
その中心軸が、上記光学系の共有する光学軸と直角に交
わるように被測定体支持系Ｃを調節している。

このように構成された光学系において、テレビカメラ５
に撮影されてＣＲＴモニタに映し出される像を第１図（
Ｃ）に示す。同図に示すように、テレビカメラ５によっ
て撮影された被測定体１の像の両縁部には、暗部が形成
されている。即ち、第１図（ｄ）に示すように、照明用
光学系Ａから被測定体１に照射された光のうち、被測定
体を透過しない通過光は直進し、撮像系の焦点面上の点
Ｐ゛に到達する。−力抜測定体１を透過した光は、被測
定体１の屈折率に応じて屈折し、通過光との境界から徐
々に離れるように伝播する。従って、撮像系の焦点面上
には、通過光並びに透過光のいずれも届かない領域（Ｐ
′−Ｑ“）が生じる。即ち、第１図（Ｃ）に示すテレビ
カメラ５に結ばれる像では、この（Ｐ′−Ｑ”）に対応
した位置Ｐ−Ｑに暗部が形成される。

この暗部の幅は、 ■　撮像系の焦点面と被測定体１との距離（ここでは被
測定体１の中心軸との距離とする）■　被測定体１の寸
法 ■　被測定体の屈折率によって決まる。換言すれば、暗部の幅並びに■および
■が判れば、被測定体１の屈折率を知ることができる。

実際には、■は、被測定体の直径を予め測定することに
よって容易に知ることができるので、■と暗部の幅を測
定すればよい。

示すような関係がある。

即ち、第２図（ａ）は、縦軸に明暗比を、横軸に被測定
体の中心軸の位置をとり、これらと被測定体の屈折率と
の関係をプロットしたグラフである。

尚、被測定体の中心軸の位置は、撮像系の焦点位置を原
点として書かれて、Ｒは被測定サンプルの半径を表して
いる。

また、第２図（ｂ）は、縦軸に被測定体の屈折率を、横
軸に明暗比をとり、これらと被測定体の中心軸との関係
をプロットしたグラフである。尚、第２図（ａ）と同様
に、被測定体の中心軸の位置は、撮像系の焦点位置を原
点として書かれて、Ｒは被測定サンプルの半径を表して
いる。

第３図（ａ）並びに（ｂ）は、上述のような屈折率測定
装置に、更に制御手段を付加して操作を一自動化した場
合の全体の構成を、それぞれ上方並びに側方から見た図
である°。即ち、この装置は、第１図に示した測定装置
に、被測定体の位置決め手段制御装置並びに検出した測
定値を処理して屈折率を出力する演算装置を付加したも
のである。

被測定体１０の支持並びに位置決め手段Ｃを挟んで、互
いに反対の側に、光源Ａと検出手段Ｂとが配置されてい
る。ここでは、光源１１としてＬＥＤ素子を用いた。こ
の光源１１は、被測定体１０から充分遠くに配置して、
被測定体１０に到達する光が実質的に平行光線となるよ
うに構成している。

一方、検出手段Ｂは、対物レンズ２１とテレビカメラ２
２並びにＣＲＴモニタ２３とこれらの制御ユニット２４
から構成されており、光源１１によって照明された被測
定体ＩＯの像を光源１１とは反対の側からテレビカメラ
２２で撮影し、ＣＲＴモニタ２３によって観察すること
ができるように構成している。即し、光源１１と、対物
レンズ２１とテレビカメラ２２のそれぞれの光学的な中
心軸が同一直線上に配列されるように構成している。尚
、制御ユニット２４は後述するホストコンピュータに接
続されており、後述する測定手段に沿った制御を受けて
いる。

また、被測定体の被測定体支持系Ｃは、この光軸と被測
定体１０の中心軸とが直角に交わるような被測定体１０
の位置決めを行うことができる。即ち、被測定体１０は
、照明される中央部を避けた１対のアーム３１ａおよび
３１ｂによって支持されている。

このアーム３１ａおよび３１ｂは、それぞれ独立してボ
ス）　３２ａおよび３２ｂに沿って上下に調節すること
のできるように構成されており、これらによって被測定
体１０が水平になるように調節することができる。更に
、ポスト３２ａおよび３２ｂは１基の台車３３上に搭載
されており、全体として測定系の光軸方向に移動可能に
構成されている。また、この移動を自動的に行うことが
できるように、モータ３４とスクリュー３５からなる台
車３３の駆動機構が設けられている。尚、駆動機構のモ
ータは、通常のドライブユニット３６の制御下にあり、
更に制御ユニット３７は後述するホストコンピュータの
制ｉＢ　下にある。また、この台車３３は、その基準位
置からの変移を検出する変移検出機構３８によって、結
像系Ｂと被測定体１０との距離を測定する機能も具備し
ている。更に、台車３３の照明用光学系Ａ側近傍に、１
基の白色光源３９を設けている。この白色光源３９は、
被測定体１０に接近しているので、被測定体１０に対し
て拡散光となり、後述するように被測定体の位置および
姿勢の検出手段として用いる。

屈折率測定の際には、光源１１から被測定体１０への光
の照射を妨げないように、案内部材３９ａに沿って照射
光の光路から退避するように構成している。

尚、白色光源のかわりに光源ユニットとバンドル・ファ
イバを用いて、コンパクトな面光源を作ることもできる
。

ホストコンピュータ４１は、以下に述べるような各装置
の動作を制御すると共に、検出された数値に対して前述
のような演算を行い、比測定体１０の屈折率を出力する
ように構成している。出力した屈折率は、プリンタある
いはＣＲＴモニタ等の表示装置４２に表示するように構
成している。

さて、上述のような屈折率測定装置は、以下のように操
作する。

まず、円柱形の被測定体１０の直径を測定し、その数値
をホストコンピュータ４１に入力した後、支持手段Ｃの
アーム３１ａ並びに３１ｂ上に載置する。

このとき、被測定体１０が太さの均一な円柱形であれば
、水平面内では比測定体１０の中心軸と測定系の光軸と
が直行する。続いて、結像用光学系已に対して被測定体
の後方において、測定系の略光軸上に位置するように白
色光源３９を移動し、被測定体１０に対して拡散光を照
射する。そして、この光線によって結像系に結ばれる像
において被測定体１０の輪郭線が最も明瞭に結像するよ
うに、即ち、被測定体１０の中心が結像系の焦点位置に
くるように、台車３３を移動して原点の位置決めを行う
。尚、このような動作に鑑みて、白色光源３９と被測定
体１０との間に拡散板あるいはバンドパスフィルタ等を
配置することも好ましい。また、この原点の位置決め操
作は、近年実用化されている自動合焦装置（米国ハネウ
ェル社等により市販されている）を利用することもでき
る。

こうして、被測定体１０の原点の位置が決定されたなら
ば、被測定体１０を撮像系から遠ざける方向に台車３３
を所定位置まで移動させ、前述の変移検出機構３８によ
って、その移動量を読み取り、この値を、ホストコンピ
ュータ４１に人力する。

続いて、白色光源３９を測定系の光軸から退避させ、Ｌ
ＥＤ光源１１によって、前述した結像系上の暗部の幅を
測定する。尚、本実施例では、第１図（Ｃ）の右側に示
すように、１対の暗部の遠い側の両端と、明部の幅ａと
１対の暗部の外側の間隔すとの比を“明暗比”とし、こ
の数値によって暗部の幅を処理後している。従って、結
像用光学系Ｂにおいて測定された暗部の幅は、ホストコ
ンピュータ４１に明暗比として転送される。

こうして、被測定体の寸法、被測定体１０と結像系との
距離並びに結像系における明暗比を得たホストコンピュ
ータは、第２図に示すような関係に従って屈折率を計算
し結果を出力する。

第３図は、縦軸に明暗比を、横軸に被測定体の中心軸の
位置をとり、これらと被測定体の屈折率との関係をプロ
ットしたグラフである。尚、被測定体の中心軸の位置は
、撮像系の焦点位置を原点として書かれて、Ｒは被測定
サンプルの半径を表わしている。

このように、本発明に従う屈折率測定装置を用いるなら
ば、正確な屈折率を極めて容易に知ることができる。ま
た、これらの操作は、上述のように完全に自動的に行う
ことができる。

発明の効果以上詳述のように、本発明に従う屈折率測定装置は、極
めて容易に円柱形の被測定体の屈折率を測定することが
できる。

また、この装置は、非破壊で測定を行うので、光フアイ
バ母材等を消耗することなく屈折率測定を行うことがで
き、材料歩留りを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）並びに（ｂ）は、本発明に従って構成され
た屈折率測定装置の光学的な構成を概略的に示す図であ
り、第１図（Ｃ）並びに（ｄ）は、第１図（ａ）並びニ（ｂ
）ニ示す装置の光学的な動作を説明する図であり、第１
図（Ｃ）は結像系に結ばれる像を、第１図（ｄ）はこの
像ができる理由を説明するものであり、第２図（ａ）並びにら）は、本発明に従う屈折率測定装
置によって得られた被測定体の位置及び明暗比と被測定
体の屈折率との関係を示すグラフであり、第３図（ａ）
並びにら）は、第１図に示す屈折率測定装置に、更に制
御手段を付加して操作を自動化した場合の全体の構成を
、それぞれ上方並びに側方から見た図である。〔主な参照番号並びに参照符号〕１．１０・・・被測定体、２．１１・・・光源、３・・・コリメートレンズ、４・・・撮像レンズ、５．２２・・・テレビカメラ、６．２３・・・ＣＲＴモニタ、３３・・・台車、３４・・・モータ、３９・・・白色光源、４１・・・ホストコンピュータ特許出願人　　　住友電気工業株式会社／七　卯　λ　
　　血卯半　幹手　下音第１図（Ｃ）区！−一第２図　（ａ）ひ二圀

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒形の透明な被測定体に対して、該被測定体よ
りも広い幅を有する平行光線を、該被測定体の中心軸と
直角に照射する光源と、該光源に対して該被測定体の後方に位置し、該被測定体
を透過した光を含む該光源より照射された光を受光して
該被測定体の像を結び、前記光源からの照射光の強度分
布を表示する結像手段とを備え、前記光源から出射されて該結像手段に到達した光が、該
被測定体により屈折したことによって、該被測定体の投
影境界に生じる暗部の幅を測定する第１の測定系と、前記光源の照射する光に対して被測定体の少なくともあ
る輪郭線が照射範囲内に含まれ且つ該母線が前記光源と
直角を保つように該被測定体を位置決めし更に該位置を
保持することのできる被測定体支持手段とを備え、該支
持手段により保持された被測定体の光学的位置と前記結
像手段との間の距離を検出する第２測定系と、前記第１測定系並びに前記第２測定系から得られた値に
対する演算を実行して被測定体の屈折率を算出する手段
とを備えることを特徴とする屈折率測定装置。