JP2003194717A - 屈折率分布の測定装置及び測定方法 - Google Patents
屈折率分布の測定装置及び測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 照射光の強度分布の裾引きを無くし、ガラス
母材内部の屈折率分布を精度よく測定できる屈折率分布
の測定装置及び測定方法を提供する。 【解決手段】 光ファイバ用ガラス母材7にこれを横切
る方向から光を入射し、透過した光の位置を測定するこ
とによって、該ガラス母材7内部の屈折率分布を測定す
る装置において、光源から出射した光を収束光とする光
学系に、光の強度分布の裾引き部をカットして矩形状に
整形する強度分布整形部材5を有することを特徴として
いる。
母材内部の屈折率分布を精度よく測定できる屈折率分布
の測定装置及び測定方法を提供する。 【解決手段】 光ファイバ用ガラス母材7にこれを横切
る方向から光を入射し、透過した光の位置を測定するこ
とによって、該ガラス母材7内部の屈折率分布を測定す
る装置において、光源から出射した光を収束光とする光
学系に、光の強度分布の裾引き部をカットして矩形状に
整形する強度分布整形部材5を有することを特徴として
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ用ガラ
ス母材の屈折率分布の測定装置及び測定方法に関する。
ス母材の屈折率分布の測定装置及び測定方法に関する。
【０００２】
【従来技術】軸付け法（ＶＡＤ法）、外付け法（ＯＶＤ
法）等によりガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材
を製造し、これを透明ガラス化した母材インゴットや、
これを光ファイバの線引きに都合の良い径に延伸加工し
たプリフォーム等の光ファイバ用ガラス母材（以下、単
にガラス母材という）内部の屈折率分布は、光ファイバ
ーの伝送特性を決定するため、屈折率分布の正確な測定
は、ガラス母材の品質管理上、欠かせない技術である。
法）等によりガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材
を製造し、これを透明ガラス化した母材インゴットや、
これを光ファイバの線引きに都合の良い径に延伸加工し
たプリフォーム等の光ファイバ用ガラス母材（以下、単
にガラス母材という）内部の屈折率分布は、光ファイバ
ーの伝送特性を決定するため、屈折率分布の正確な測定
は、ガラス母材の品質管理上、欠かせない技術である。
【０００３】ガラス母材の屈折率分布を測定するには、
一般に、以下のような方法が用いられている。先ず、ガ
ラス母材をこれとほぼ等しい屈折率を持つマッチングオ
イルの中に浸し、ガラス母材を横切る方向（径方向）か
ら光を入射し、ガラス母材を透過した光（以下、単に透
過光という）の位置を、径方向に光学系を移動させなが
ら連続して測定し、光の入射位置と透過光の位置との関
係から、ガラス母材内部の屈折率分布を計算する。この
ときマッチングオイルに浸すのは、ガラス母材表面で光
が強く屈折するのを防止し、透過光の位置を容易かつ正
確に測定できるようにするためである。
一般に、以下のような方法が用いられている。先ず、ガ
ラス母材をこれとほぼ等しい屈折率を持つマッチングオ
イルの中に浸し、ガラス母材を横切る方向（径方向）か
ら光を入射し、ガラス母材を透過した光（以下、単に透
過光という）の位置を、径方向に光学系を移動させなが
ら連続して測定し、光の入射位置と透過光の位置との関
係から、ガラス母材内部の屈折率分布を計算する。この
ときマッチングオイルに浸すのは、ガラス母材表面で光
が強く屈折するのを防止し、透過光の位置を容易かつ正
確に測定できるようにするためである。
【０００４】透過光の位置を測定する方法には、機械的
なチョッパーを用いて、透過光の位置の変化を時間の変
化に置き換えて測定する方法や、CCD素子を一次元配置
したラインセンサー等の検出器を用いる方法等が知られ
ている。ガラス母材に光を照射する光源としては、HeNe
等のレーザーが多く用いられている。発振器から放出さ
れたレーザー光は、ビームエキスパンダーで平行光に形
状が変えられ、集光レンズで、ガラス母材の中心に焦点
を結ぶように集光される。このような方法で照射される
光は、一般的にガウス分布といわれる強度分布を有して
いる（図６参照）。
なチョッパーを用いて、透過光の位置の変化を時間の変
化に置き換えて測定する方法や、CCD素子を一次元配置
したラインセンサー等の検出器を用いる方法等が知られ
ている。ガラス母材に光を照射する光源としては、HeNe
等のレーザーが多く用いられている。発振器から放出さ
れたレーザー光は、ビームエキスパンダーで平行光に形
状が変えられ、集光レンズで、ガラス母材の中心に焦点
を結ぶように集光される。このような方法で照射される
光は、一般的にガウス分布といわれる強度分布を有して
いる（図６参照）。
【０００５】本発明者は、先に、透過光をスクリーンに
投影し、その画像をラインセンサーカメラで取り込み、
画像処理によって、透過光の位置を算出する手法を提案
している(特願2000‐246778号)。この方法によれば、透
過光の位置の変化を精密に測定できる利点がある。しか
し、照射光の強度分布がガウス型の場合には、強度分布
周辺部での裾引きがノイズの原因となり、透過光の位置
測定の精度が悪くなっていることが判明した。
投影し、その画像をラインセンサーカメラで取り込み、
画像処理によって、透過光の位置を算出する手法を提案
している(特願2000‐246778号)。この方法によれば、透
過光の位置の変化を精密に測定できる利点がある。しか
し、照射光の強度分布がガウス型の場合には、強度分布
周辺部での裾引きがノイズの原因となり、透過光の位置
測定の精度が悪くなっていることが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み、照射光の強度分布の裾引きを無くし、ガラス母材
内部の屈折率分布を精度よく測定できる屈折率分布の測
定装置及び測定方法を提供することを課題としている。
鑑み、照射光の強度分布の裾引きを無くし、ガラス母材
内部の屈折率分布を精度よく測定できる屈折率分布の測
定装置及び測定方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の屈折率分布の測
定装置は、ガラス母材にこれを横切る方向から光を入射
し、透過した光の位置を測定することによって、該ガラ
ス母材内部の屈折率分布を測定する装置において、光源
から出射した光を収束光とする光学系に、光の強度分布
の裾引き部をカットして矩形状に整形する強度分布整形
部材を設置することを特徴としている。強度分布整形部
材には円孔を有するリング部材を使用し、透過光の位置
検出には、ラインセンサーを使用するのが好ましい。
定装置は、ガラス母材にこれを横切る方向から光を入射
し、透過した光の位置を測定することによって、該ガラ
ス母材内部の屈折率分布を測定する装置において、光源
から出射した光を収束光とする光学系に、光の強度分布
の裾引き部をカットして矩形状に整形する強度分布整形
部材を設置することを特徴としている。強度分布整形部
材には円孔を有するリング部材を使用し、透過光の位置
検出には、ラインセンサーを使用するのが好ましい。
【０００８】本発明の屈折率分布の測定方法は、ガラス
母材にこれを横切る方向から光を入射し、透過光の位置
を測定することによって、該ガラス母材内部の屈折率分
布を測定する方法において、該ガラス母材に、強度分布
の裾引き部をカットして矩形状に整形した光を入射し測
定することを特徴としている。透過光の位置の決定に
は、透過光をラインセンサーで検出し、光強度が予め設
定されたしきい値を超えた部分の中点をもって、透過光
の位置とするのが良い。
母材にこれを横切る方向から光を入射し、透過光の位置
を測定することによって、該ガラス母材内部の屈折率分
布を測定する方法において、該ガラス母材に、強度分布
の裾引き部をカットして矩形状に整形した光を入射し測
定することを特徴としている。透過光の位置の決定に
は、透過光をラインセンサーで検出し、光強度が予め設
定されたしきい値を超えた部分の中点をもって、透過光
の位置とするのが良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、ガラス母材にこれを横
切る方向から、光の強度分布整形部材、例えば、円孔を
有するリング部材を光学系に配置して、強度分布の裾引
き部をカットし、強度分布が矩形状に整形された収束光
を照射し、測定した透過光の強度分布からその位置を決
定し、屈折による光の移動量を算出するものであり、径
方向に光学系を移動させながら連続して透過光の位置を
測定し、光の入射位置と透過光の位置との関係から、ガ
ラス母材の径方向に対する屈折率分布が得られる。透過
光の位置はラインセンサーで検出し、光強度が予め設定
したしきい値を超えた部分の中点をもって、透過光の位
置とするものである。
切る方向から、光の強度分布整形部材、例えば、円孔を
有するリング部材を光学系に配置して、強度分布の裾引
き部をカットし、強度分布が矩形状に整形された収束光
を照射し、測定した透過光の強度分布からその位置を決
定し、屈折による光の移動量を算出するものであり、径
方向に光学系を移動させながら連続して透過光の位置を
測定し、光の入射位置と透過光の位置との関係から、ガ
ラス母材の径方向に対する屈折率分布が得られる。透過
光の位置はラインセンサーで検出し、光強度が予め設定
したしきい値を超えた部分の中点をもって、透過光の位
置とするものである。
【００１０】以下、図を用いて本発明の屈折率分布の測
定装置及び測定方法を詳細に説明する。本発明で使用さ
れる測定装置の光学系の一例を図１に示す。左端の光源
１から出射された光は、集光レンズ２によりピンホール
３の中心で焦点を結ぶ。光はピンホールを通過すること
によって、照射パターンが真円に整形される。いったん
集光された光は、コリメーターレンズ４を透過して平行
光に変えられた後、リング部材５に通され、光束の周辺
部がカットされ、より光径の小さな平行光に変えられ
る。さらに、集光レンズ６を経てガラス母材７の中心で
集光される。なお、ガラス母材7は、セル８のマッチン
グオイル中に浸漬されている。
定装置及び測定方法を詳細に説明する。本発明で使用さ
れる測定装置の光学系の一例を図１に示す。左端の光源
１から出射された光は、集光レンズ２によりピンホール
３の中心で焦点を結ぶ。光はピンホールを通過すること
によって、照射パターンが真円に整形される。いったん
集光された光は、コリメーターレンズ４を透過して平行
光に変えられた後、リング部材５に通され、光束の周辺
部がカットされ、より光径の小さな平行光に変えられ
る。さらに、集光レンズ６を経てガラス母材７の中心で
集光される。なお、ガラス母材7は、セル８のマッチン
グオイル中に浸漬されている。
【００１１】透過光の位置の検出には、例えば、図２に
示す装置を使用することができ、この装置は、ガラス母
材を透過してきた透過光９を投影するスクリーン10、ス
クリーンに投影された像を取り込むラインセンサーカメ
ラ11を備えている。図３は、ラインセンサーによって取
り込まれた像、すなわち透過光の強度分布を示してい
る。図において、横軸はセンサーの画素の位置を示し、
左から右に向かって0〜7,500画素の位置に対応してい
る。縦軸は、各画素が検出した光の強度を、0〜255レベ
ルの分解能で示している。こうして得られたパターン
を、光の強度分布と称する。
示す装置を使用することができ、この装置は、ガラス母
材を透過してきた透過光９を投影するスクリーン10、ス
クリーンに投影された像を取り込むラインセンサーカメ
ラ11を備えている。図３は、ラインセンサーによって取
り込まれた像、すなわち透過光の強度分布を示してい
る。図において、横軸はセンサーの画素の位置を示し、
左から右に向かって0〜7,500画素の位置に対応してい
る。縦軸は、各画素が検出した光の強度を、0〜255レベ
ルの分解能で示している。こうして得られたパターン
を、光の強度分布と称する。
【００１２】従来、測定に使用されていた照射光の強度
分布は、図６に示すように、ガウス分布型の形状を示し
ている。すなわち、中心部の最大光量となる点を中心と
して、左右に対称で釣鐘状に裾引き部を有している。本
発明で測定に使用する照射光の強度分布は、図４に示す
ように、リング部材によって、強度分布の両側で強度が
急激に減衰した、裾引きのない矩形状に整形された強度
分布となっているのが特徴である。光の強度は、中心部
の光量をラインセンサーの測定限界を上回る強さに設定
しておくのが望ましい。なお、照射光の強度分布は、図
１及び図２に示した光学系においてガラス母材７、セル
８を透過させない状態で、スクリーン10の位置で測定し
たものである。
分布は、図６に示すように、ガウス分布型の形状を示し
ている。すなわち、中心部の最大光量となる点を中心と
して、左右に対称で釣鐘状に裾引き部を有している。本
発明で測定に使用する照射光の強度分布は、図４に示す
ように、リング部材によって、強度分布の両側で強度が
急激に減衰した、裾引きのない矩形状に整形された強度
分布となっているのが特徴である。光の強度は、中心部
の光量をラインセンサーの測定限界を上回る強さに設定
しておくのが望ましい。なお、照射光の強度分布は、図
１及び図２に示した光学系においてガラス母材７、セル
８を透過させない状態で、スクリーン10の位置で測定し
たものである。
【００１３】透過光の位置の決定は、図３に示すよう
に、あらかじめ設定されたしきい値を超える位置(a),
(b)の中点(c)をもって、透過光の位置とする。照射光の
径が太いほど、ガラス母材の中心で集光される光の径を
細く絞ることができ、内部の微細な屈折率分布を測定す
るのに望ましいが、そのために集光レンズ６の曲率を小
さくすると、球面収差が大きくなる等の悪影響があり、
これを避けようとすると大口径レンズが必要になる等の
問題が出てくるため、集光レンズ６に入射する光の径が
10mm程度になるように、リング部材５の孔径を設定し、
さらに集光レンズ６の口径を直径30mmφ程度とするのが
望ましい。
に、あらかじめ設定されたしきい値を超える位置(a),
(b)の中点(c)をもって、透過光の位置とする。照射光の
径が太いほど、ガラス母材の中心で集光される光の径を
細く絞ることができ、内部の微細な屈折率分布を測定す
るのに望ましいが、そのために集光レンズ６の曲率を小
さくすると、球面収差が大きくなる等の悪影響があり、
これを避けようとすると大口径レンズが必要になる等の
問題が出てくるため、集光レンズ６に入射する光の径が
10mm程度になるように、リング部材５の孔径を設定し、
さらに集光レンズ６の口径を直径30mmφ程度とするのが
望ましい。
【００１４】なお、集光レンズ６の焦点距離は、測定対
象となるガラス母材の径の大きさに依存するため、ガラ
ス母材の最大直径や他の機械部分の長さ等を勘案して設
定する必要がある。なお、ガラス母材とその周辺のマッ
チングオイルの部分は、屈折率が1.4程度であるため、
大気中で計算される焦点距離より短めに設定する必要が
ある。
象となるガラス母材の径の大きさに依存するため、ガラ
ス母材の最大直径や他の機械部分の長さ等を勘案して設
定する必要がある。なお、ガラス母材とその周辺のマッ
チングオイルの部分は、屈折率が1.4程度であるため、
大気中で計算される焦点距離より短めに設定する必要が
ある。
【００１５】
【実施例】（実施例１）図１に示す光学系を用い、光源
１にはHeNeレーザーを使用し、集光レンズ２で孔径15μ
mのピンホール３の中心で焦点を結ばせ、コリメーター
レンズ４で平行光とした後、光径が10mm程度になるよう
に、リング部材５の孔径を設定した。集光レンズ６は、
直径が200mmφのガラス母材７まで測定できるように、
焦点距離250mm、口径30mmφのものを使用し、ガラス母
材７の中心で集光されるように構成した。このようにし
て得られた収束光を、直径150mmφのガラス母材７に照
射し、透過させた。透過光の位置は、図2に示すよう
に、スクリーン10に投影された像をラインセンサーカメ
ラ11で取り込んだ光の強度分布から計算した。
１にはHeNeレーザーを使用し、集光レンズ２で孔径15μ
mのピンホール３の中心で焦点を結ばせ、コリメーター
レンズ４で平行光とした後、光径が10mm程度になるよう
に、リング部材５の孔径を設定した。集光レンズ６は、
直径が200mmφのガラス母材７まで測定できるように、
焦点距離250mm、口径30mmφのものを使用し、ガラス母
材７の中心で集光されるように構成した。このようにし
て得られた収束光を、直径150mmφのガラス母材７に照
射し、透過させた。透過光の位置は、図2に示すよう
に、スクリーン10に投影された像をラインセンサーカメ
ラ11で取り込んだ光の強度分布から計算した。
【００１６】測定された透過光の強度分布は、図３に示
したパターンとなり、しきい値を最大光強度の30%に設
定し、この値を横切る点(a),(b)の中点(c)の位置を透過
光の位置とした。得られた透過光の位置のバラツキ幅を
標準偏差σで表すと、5.3μmと小さな値になった。この
ようにして、ガラス母材の径方向に光学系を移動させな
がら連続して透過光の位置を測定し、光学系（照射光）
の位置データと合わせて演算処理を行い、屈折率のデー
タに変換することで、精密な屈折率分布が得られた。
したパターンとなり、しきい値を最大光強度の30%に設
定し、この値を横切る点(a),(b)の中点(c)の位置を透過
光の位置とした。得られた透過光の位置のバラツキ幅を
標準偏差σで表すと、5.3μmと小さな値になった。この
ようにして、ガラス母材の径方向に光学系を移動させな
がら連続して透過光の位置を測定し、光学系（照射光）
の位置データと合わせて演算処理を行い、屈折率のデー
タに変換することで、精密な屈折率分布が得られた。
【００１７】（比較例１）本発明の図１の光学系からリ
ング部材5を取り除いた、すなわち図５に示す光学系を
用い、直径150mmφのガラス母材の屈折率分布を実施例
１と同様の方法で測定した。照射光の強度分布は、図６
に示す通り、ガウス分布状に裾を引いた形状となってい
たが、測定した透過光の強度分布は、図7に示す通り、
さらに広く裾を引いた形状となり、透過光の位置のバラ
ツキ幅を標準偏差σで表すと、23μmと大きな値になっ
た。
ング部材5を取り除いた、すなわち図５に示す光学系を
用い、直径150mmφのガラス母材の屈折率分布を実施例
１と同様の方法で測定した。照射光の強度分布は、図６
に示す通り、ガウス分布状に裾を引いた形状となってい
たが、測定した透過光の強度分布は、図7に示す通り、
さらに広く裾を引いた形状となり、透過光の位置のバラ
ツキ幅を標準偏差σで表すと、23μmと大きな値になっ
た。
【００１８】
【発明の効果】現有の測定装置の光学系に、構造の簡単
なリング部材を取り付けるだけで、透過光の位置を正確
に測定でき、ガラス母材の精密な屈折率分布が容易に得
られる。
なリング部材を取り付けるだけで、透過光の位置を正確
に測定でき、ガラス母材の精密な屈折率分布が容易に得
られる。
【図１】 本発明の測定装置の光学系の一例を示す概略
図である。
図である。
【図２】 透過光の位置を検出する装置の一例を示す概
略図である。
略図である。
【図３】 本発明による透過光の強度分布を示す図であ
る。
る。
【図４】 本発明で使用した照射光の強度分布を示す図
である。
である。
【図５】 従来技術の測定装置の光学系を示す概略図で
ある。
ある。
【図６】 従来技術による照射光の強度分布を示す図で
ある。
ある。
【図７】 従来技術（比較例１）による透過光の強度分
布を示す図である。
布を示す図である。
1.……光源、
2.……集光レンズ、
3.……ピンホール、
4.……コリメーターレンズ、
5.……リング部材(強度分布整形部材)、
6.……集光レンズ、
7.……ガラス母材、
8.……セル、
9.……透過光、
10.……スクリーン、
11.……ラインセンサーカメラ。
Claims (5)
- 【請求項１】 光ファイバ用ガラス母材にこれを横切る
方向から光を入射し、透過した光の位置を測定すること
によって、該ガラス母材内部の屈折率分布を測定する装
置において、光源から出射した光を収束光とする光学系
に、光の強度分布の裾引き部をカットして矩形状に整形
する強度分布整形部材を配置することを特徴とする屈折
率分布の測定装置。 - 【請求項２】 強度分布整形部材が、円孔を有するリン
グ部材である請求項１に記載の屈折率分布の測定装置。 - 【請求項３】 透過した光の位置検出に、ラインセンサ
ーを備えている請求項１又は２に記載の屈折率分布の測
定装置。 - 【請求項４】 光ファイバ用ガラス母材にこれを横切る
方向から光を入射し、透過した光の位置を測定すること
によって、該ガラス母材内部の屈折率分布を測定する方
法において、該ガラス母材に、強度分布の裾引き部をカ
ットして矩形状に整形した光を入射し測定することを特
徴とする屈折率分布の測定方法。 - 【請求項５】 透過した光をラインセンサーで検出し、
光強度が予め設定されたしきい値を超えた部分の中点を
もって、透過した光の位置とする請求項４に記載の屈折
率分布の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001393660A JP2003194717A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 屈折率分布の測定装置及び測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001393660A JP2003194717A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 屈折率分布の測定装置及び測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003194717A true JP2003194717A (ja) | 2003-07-09 |
Family
ID=27600602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001393660A Pending JP2003194717A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 屈折率分布の測定装置及び測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003194717A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008157765A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Ccs Inc | 気象測定装置 |
| JP2010032557A (ja) * | 2009-11-18 | 2010-02-12 | Ccs Inc | 気象測定装置 |
| JP2018500542A (ja) * | 2014-10-31 | 2018-01-11 | コーニング インコーポレイテッド | 円筒状ガラス体の屈折率プロファイルの高精度測定 |
-
2001
- 2001-12-26 JP JP2001393660A patent/JP2003194717A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008157765A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Ccs Inc | 気象測定装置 |
| JP2010032557A (ja) * | 2009-11-18 | 2010-02-12 | Ccs Inc | 気象測定装置 |
| JP2018500542A (ja) * | 2014-10-31 | 2018-01-11 | コーニング インコーポレイテッド | 円筒状ガラス体の屈折率プロファイルの高精度測定 |
| JP7049111B2 (ja) | 2014-10-31 | 2022-04-06 | コーニング インコーポレイテッド | 円筒状ガラス体の屈折率プロファイルの高精度測定方法 |
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