JP3217463B2 - Fiber end face interferometer - Google Patents

Fiber end face interferometer

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JP3217463B2
JP3217463B2 JP17957392A JP17957392A JP3217463B2 JP 3217463 B2 JP3217463 B2 JP 3217463B2 JP 17957392 A JP17957392 A JP 17957392A JP 17957392 A JP17957392 A JP 17957392A JP 3217463 B2 JP3217463 B2 JP 3217463B2
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curvature
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伊藤智之
義 安松
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバー通信、光
計測、光センサなどの分野で用いられる光ファイバー端
面干渉計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber end face interferometer used in fields such as optical fiber communication, optical measurement, and optical sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバーを利用したシステムが、通
信分野を中心として近年目覚ましく発展してきている。
そのようなシステムでは、単一モードファイバーを主に
用いており、また、システム間はファイバーコネクタに
より光接続されている。光伝送に伴う損失は、システム
の性能に大きく係わる問題である。ファイバー自体の損
失(レ−リ−散乱や吸収による損失)は、理論限界近く
まで少なくなっているが、光ファイバーでの接続におけ
る反射損失は40dB近くまであり、システム構成にお
ける弱点になっている。
2. Description of the Related Art In recent years, systems utilizing optical fibers have been remarkably developed mainly in the field of communications.
In such a system, a single mode fiber is mainly used, and the systems are optically connected by a fiber connector. The loss associated with optical transmission is a significant issue for system performance. Although the loss of the fiber itself (loss due to Rayleigh scattering and absorption) is reduced to near the theoretical limit, the reflection loss in connection with the optical fiber is close to 40 dB, which is a weak point in the system configuration.

【0003】ファイバー接続損失(挿入損)を下げるべ
き種々な工夫がなされているが、その挿入損を少なくす
るには、接続する両ファイバーのコア部を互いに横ズレ
或いは光軸方向ズレがないように機械的に接続する必要
がある。単一モードファイバーでは、そのコア径は約1
0μmであるため、簡単なマルチモードファイバーに比
べて、より高い精度が要求される。例えば、挿入損0.
5dB以下の光ファイバーコネクタにおいては、機械的
な横ズレ量0.5μm以下が要求され、これは機構的に
満たされている。また、光軸方向ズレに関しては、物理
的コンタクトと称する圧接方式をとり、挿入損の低減が
図られている。この一例として、接続するファイバー端
を、コアを頂点とする球面に加工し、両頂点が接触する
ように圧接する方法が取られている。以上の2つの方式
では、加工した頂点とファイバーコアの中心とのズレ
(偏芯と称する)は、光軸方向とのズレとなるため、そ
の偏芯量が規定値(50μm)以下になるように規格値
が定められている。
Although various measures have been taken to reduce the fiber connection loss (insertion loss), in order to reduce the insertion loss, the core portions of both fibers to be connected must not be displaced laterally or displaced in the optical axis direction. Need to be connected mechanically. In a single mode fiber, its core diameter is about 1
Since it is 0 μm, higher accuracy is required as compared with a simple multimode fiber. For example, insertion loss 0.
An optical fiber connector of 5 dB or less is required to have a mechanical lateral displacement of 0.5 μm or less, which is mechanically satisfied. As for the displacement in the optical axis direction, a pressure contact method called physical contact is employed to reduce insertion loss. As an example of this, a method is employed in which a fiber end to be connected is processed into a spherical surface having a core as a vertex, and the two vertexes are pressed into contact with each other. In the above two methods, the deviation between the processed vertex and the center of the fiber core (referred to as eccentricity) is the deviation in the optical axis direction, so that the amount of eccentricity is equal to or less than a specified value (50 μm). Standard values are defined in

【0004】即ち、光コネクタの端面からの光反射が、
それらの特性に大きく影響されるため、この光反射をで
きるかぎり、小さくしなければならない。このため、光
ファイバーのフェルール端面を球面に研磨し、光コネク
タ相互を物理的に密着させ、光の透過率を高め、光の反
射を非常に小さくする方法がとられている。この場合、
光コネクタの接続特性は研磨球面の中心と光ファイバー
中心との位置ずれ即ち偏心度、球面の曲率半径、光ファ
イバーのフェルール端面からの変形凹み量に大きく依存
し、これらの量を一定の誤差範囲に押さなければならな
い。だが、従来は、これらのパラメーターを個々に測定
していたため、光コネクタの検査に多大の時間を要して
いた。
That is, light reflection from the end face of the optical connector is
Since these characteristics are greatly affected, this light reflection must be minimized. For this reason, a method has been adopted in which the ferrule end face of the optical fiber is polished into a spherical surface, the optical connectors are physically brought into close contact with each other, the light transmittance is increased, and the light reflection is extremely reduced. in this case,
The connection characteristics of the optical connector greatly depend on the misalignment or eccentricity between the center of the polished spherical surface and the optical fiber center, the radius of curvature of the spherical surface, and the amount of deformation dent from the end face of the ferrule of the optical fiber, and these amounts are kept within a certain error range. There must be. In the past, however, these parameters were measured individually, which required a great deal of time to inspect optical connectors.

【0005】その偏心量を測定する装置として、干渉を
用いたファイバー端面計測装置(即ち、ファイバー端面
モニタ−装置)が数種類市販されている。これらはマイ
ケルソン干渉計(又は非接触ニュ−トンリングと称すべ
きかもしれない)、又はミラウ(Mirau)干渉計を
用いて、被測定ファイバー端面からの反射光と基準平面
からの反射光とを重畳し、その結果生じるリング干渉縞
からファイバー端面の曲率半径と前記偏芯量を求めるも
のである。
As a device for measuring the amount of eccentricity, several types of fiber end surface measuring devices using interference (that is, fiber end surface monitoring devices) are commercially available. These use a Michelson interferometer (or may be referred to as a non-contact Newton's ring) or a Mirau interferometer to separate the reflected light from the end face of the fiber under test and the reflected light from the reference plane. The radius of curvature of the fiber end face and the eccentricity are obtained from the ring interference fringes resulting from the superposition.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、測
定端子のV溝への球面研磨したフェルールをワンタッチ
レバ−で圧着するだけで、ファイバーのフェルールの研
磨端面の反射干渉縞を発生させ、それをCCDカメラに
より画像化し、干渉縞間の距離、同心円状の干渉縞の中
心点、測定光の角度を変えて、光ファイバーの端面内の
干渉縞の湾曲度を自動計測し、パーソナルコンピュータ
により研磨球面中心の偏心度、球面の曲率半径、光ファ
イバー端面の変形凹み量を算出することができる光ファ
イバー端面干渉計を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention generates reflection interference fringes on a polished end face of a ferrule of a fiber only by pressing a spherically polished ferrule into a V-groove of a measuring terminal with a one-touch lever. It is imaged with a CCD camera, and the distance between the interference fringes, the center point of the concentric interference fringes, and the angle of the measurement light are changed, and the curvature of the interference fringes in the end face of the optical fiber is automatically measured and polished by a personal computer. It is an object of the present invention to provide an optical fiber end face interferometer capable of calculating the eccentricity of the center of the spherical surface, the radius of curvature of the spherical surface, and the amount of deformation dent of the optical fiber end surface.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のために、フィゾー型の光ファイバー端面
干渉計において、レーザ光源;該レーザ光源からのレー
ザ光を平行光線の照射光にして、それを通過させ、そし
て、測定対象の光ファイバーのフェルール端面の照射
し、それからの反射光を通す平面原器を有し;その平行
光線を測定すべく、前記の測定対象の光ファイバーのフ
ェルール端面に照射し、その反射光との干渉縞を取り出
すビームスプリッターを有し;取り出した干渉縞を画像
化するCCDカメラを有し;画像化信号を入力する画像
メモリを有し;前記の画像メモリ上で干渉縞間の距離、
同心円状の干渉縞の中心点及びその干渉縞の湾曲度並び
に該光ファイバーの端面の中心点を自動計測することに
より、該フェルール端の球面の偏心度、その面の曲率半
径及び前記照射光の角度を変えて、前記光ファイバーの
フェルール端面内の干渉縞の湾曲度を計測し、該光ファ
イバー端面のフェルール面からの凹み量を測定すること
ができる前記光ファイバー端面干渉計を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a Fizeau type optical fiber end face interferometer having a laser light source; Having a flat prototype that illuminates the end of the ferrule of the optical fiber to be measured and passes the reflected light therefrom; to measure the parallel rays, the ferrule of the optical fiber to be measured A beam splitter for irradiating the end face and extracting interference fringes with the reflected light; a CCD camera for imaging the extracted interference fringes; an image memory for inputting an imaging signal; The distance between the fringes above,
By automatically measuring the center point of the concentric interference fringes and the degree of curvature of the interference fringes and the center point of the end surface of the optical fiber, the eccentricity of the spherical surface at the end of the ferrule, the radius of curvature of the surface, and the angle of the irradiation light The optical fiber end face interferometer which can measure the degree of curvature of interference fringes in the ferrule end face of the optical fiber and measure the amount of depression of the optical fiber end face from the ferrule face is provided.

【0008】[0008]

【作用】本発明の光ファイバー端面干渉計によると、光
ファイバーのフェルールを、測定端子のV溝に圧着する
だけで、そのフェルール端面の反射干渉縞を発生させ、
それをCCDカメラで画像化し、干渉縞間の距離、曲
率、同心円状干渉縞の中心点、光ファイバーの中心点、
測定光の照射角度を変えて、光ファイバー端面内の干渉
縞の湾曲度(曲率)を自動測定し、パ−ソナルコンピュ
ータにより研磨球面の中心の偏心度、球面の曲率半径、
光ファイバー端面の変形凹み量を算出することができ
る。即ち、干渉縞、パターンの明暗を画像メモリ上の座
標として読み取り、研磨球面の偏心度、その曲率半径、
光ファイバー端面の変形凹み量を計測することができ
る。それにより、光コネクタフェルールの球面研磨状態
の検査が著しく容易になり、従来のフェルールの組立て
て反射減衰量を測定する方式に比べて、同時に、上記の
ようなパラメーターを計測することができ、フェルール
組立て効率を著しくを向上させることができる。
According to the optical fiber end face interferometer of the present invention, by simply pressing the ferrule of the optical fiber into the V-groove of the measuring terminal, a reflection interference fringe on the end face of the ferrule is generated.
It is imaged with a CCD camera, the distance between the interference fringes, the curvature, the center point of the concentric interference fringes, the center point of the optical fiber,
The curvature (curvature) of interference fringes in the end face of the optical fiber is automatically measured by changing the irradiation angle of the measurement light, and the eccentricity of the center of the polished sphere, the radius of curvature of the sphere,
It is possible to calculate the amount of deformation of the end face of the optical fiber. That is, the interference fringes and the brightness of the pattern are read as coordinates on the image memory, the eccentricity of the polished spherical surface, the radius of curvature thereof,
The amount of deformation dent on the end face of the optical fiber can be measured. This makes it extremely easy to inspect the spherical polished state of the optical connector ferrule. Compared with the conventional method of assembling a ferrule and measuring the return loss, the above parameters can be measured at the same time. The assembly efficiency can be significantly improved.

【0009】次に、本発明を具体的に実施例により説明
するが、本発明はそれらによって限定されるものではな
い。
Next, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明による光ファイバー端面干渉
計の構成を示す説明図である。即ち、レーザ1からの光
(点線で示す)は、拡散レンズ2により、拡大され、レ
ーザ光束3になり、ビームスプリッター4を通過し、透
過した光束は、コリメート・レンズ5により、平行ビー
ムとされる。この平行光線は、平面原器6を通して、球
面研磨されたフェルール端面7に照射される。このフェ
ルールの研磨球面7からの反射光は、平面原器6からの
反射光と干渉して、干渉縞を作る。この干渉縞は、ビー
ムスプリッター4を介して外部に取り出され、結像レン
ズ9からCCDカメラ10で画像に変換される。この画
像信号は、モニター11を介して、パーソナルコンピュ
ータ12中の画像メモリに書き込まれ、同時に、モニタ
ー11に表示される。レーザ1としては、He−Neレ
ーザ、半導体レーザ、第2次高調波発生素子を用いたレ
ーザ光源が用いられ得る。
FIG. 1 is an explanatory view showing the configuration of an optical fiber end face interferometer according to the present invention. That is, light (indicated by a dotted line) from the laser 1 is expanded by the diffusion lens 2 to become a laser light flux 3, passes through the beam splitter 4, and the transmitted light flux is converted into a parallel beam by the collimating lens 5. You. The parallel light beam passes through a plane prototype 6 and irradiates a spherically polished ferrule end face 7. The reflected light from the polished spherical surface 7 of the ferrule interferes with the reflected light from the flat prototype 6 to form interference fringes. The interference fringes are taken out to the outside via the beam splitter 4 and converted into an image by the CCD camera 10 from the imaging lens 9. This image signal is written into an image memory in the personal computer 12 via the monitor 11 and displayed on the monitor 11 at the same time. As the laser 1, a He-Ne laser, a semiconductor laser, or a laser light source using a second harmonic generation element can be used.

【0011】この画像は、またモニター11上に表示さ
れ、カ−ソルにより測定座標を指定することができる。
球面研磨されたフェルールには、光ファイバー8が集束
されている。そして、平面原器6と球面研磨されたフェ
ルール端面7との距離、即ち、被測定面との距離は、d
とする。そして、得られた干渉パターンの明暗の縞模様
の間の距離は、図2に示すように、明の位置では、2・
d=m・λ(dは平面原器6と球面研磨されたフェルー
ル端面の距離で、mは整数で、λは使用したレーザ光の
波長である)である。そして、暗パターンの位置では、
2・d=(m+1)・λなる関係式から算出される。
This image is displayed on the monitor 11, and the measurement coordinates can be designated by the cursor.
An optical fiber 8 is focused on the spherically polished ferrule. The distance between the flat prototype 6 and the spherically polished ferrule end face 7, that is, the distance from the measured surface is d.
And Then, as shown in FIG. 2, the distance between the light and dark stripes of the obtained interference pattern is 2 ·
d = m · λ (d is the distance between the flat prototype 6 and the end face of the spherically polished ferrule, m is an integer, and λ is the wavelength of the laser beam used). And at the position of the dark pattern,
It is calculated from the relational expression 2 · d = (m + 1) · λ.

【0012】このパーソナルコンピュータ12のメモリ
に書き込む画像信号の標本数を、画像メモリ上で隣接ビ
ット間の距離として、1μmにすると、モニター11上
の干渉パターンは、その輝度の強弱と形状から干渉縞の
間隔は、1μmの精度で自動読み取りすることができ
る。このようにして、1番目の干渉パターンの中心の座
標c及び光ファイバーの中心座標fを読み取れればフェ
ルール研磨球面の偏心度を求めることができる。また、
研磨球面の曲率半径は、リング状の干渉パターンの縞模
様間の間隔から計算することができる。また、図1の照
射光の角度を変えたいとき、光ファイバー8の端面内の
干渉縞の湾曲度を同様にして変えることにより、測定す
れば、光ファイバー8の端面が、フェルール端面内より
どの程度、どのくらい凹んでいるかを求めることができ
る。
When the number of samples of an image signal to be written in the memory of the personal computer 12 is set to 1 μm as a distance between adjacent bits in the image memory, the interference pattern on the monitor 11 is determined by the intensity and shape of the interference fringes. Can be automatically read with an accuracy of 1 μm. Thus, if the coordinates c of the center of the first interference pattern and the center coordinates f of the optical fiber can be read, the eccentricity of the polished ferrule spherical surface can be obtained. Also,
The radius of curvature of the polished spherical surface can be calculated from the interval between the stripes of the ring-shaped interference pattern. When it is desired to change the angle of the irradiation light shown in FIG. 1, by changing the curvature of the interference fringes in the end face of the optical fiber 8 in the same manner, the degree of the end face of the optical fiber 8 can be measured from the end face of the ferrule. You can ask how much it is concave.

【0013】図2は、被測定物の面と平面原器の面精度
との差が、干渉パターン13の湾曲度となり、その湾曲
度から被測定物の面精度が測定できることを示すもので
ある。即ち、被測定物の面精度が干渉パターンの間隔
L、湾曲量lから求めることができる。形成された干渉
縞13は、使用したレーザ光の波長λに対して、隣接干
渉縞の間の間隔Lでもって、干渉縞の湾曲量の幅lとす
ると、面精度は、λ・l/2Lとなる。
FIG. 2 shows that the difference between the surface accuracy of the object to be measured and the surface accuracy of the flat prototype is the degree of curvature of the interference pattern 13, and the surface accuracy of the object to be measured can be measured from the degree of curvature. . That is, the surface accuracy of the measured object can be obtained from the interval L of the interference pattern and the amount of curvature l. Assuming that the formed interference fringes 13 have a width l of the amount of curvature of the interference fringes with an interval L between adjacent interference fringes with respect to the wavelength λ of the used laser beam, the surface accuracy is λ · l / 2L. Becomes

【0014】図3は、光ファイバーのフェルールの研磨
球面を測定したときの、干渉パターンの1例を示す。フ
ェルール(サ−クル14で示すものは断面である)の研
磨球面の中心cと光ファイバー端面の中心fとのズレを
示す。フェルールの研磨球面が、光ファイバー端面に対
し、33μm偏心している例である。また、この研磨球
面の曲率半径は、20μmである。
FIG. 3 shows an example of an interference pattern when a polished spherical surface of a ferrule of an optical fiber is measured. The deviation between the center c of the polished spherical surface of the ferrule (the cross section is indicated by the circle 14) and the center f of the end face of the optical fiber. This is an example in which the polished spherical surface of the ferrule is decentered by 33 μm with respect to the end face of the optical fiber. The radius of curvature of this polished spherical surface is 20 μm.

【0015】本発明の光ファイバー端面干渉計において
は、球面研磨されたフェルール端面の反射干渉パターン
を画像化して、パーソナルコンピュータの画像メモリに
取り込み、干渉パターンの明暗を画像メモリ上の座標と
して読み取り、研磨球面の偏心度、その曲率半径、光フ
ァイバー端面の凹み量を計測するようにしたものであ
る。光コネクタフェルールの球面研磨状態の検査が、著
しく容易になり、従来のフェルールを光コネクタに組み
立てて反射減衰量を測定するか、フェルール端面のパラ
メーターを個々に測定していたときに比べ、検査測定が
著しく簡単になり、技術的効果の大なるものがある。
In the optical fiber end face interferometer of the present invention, the reflection interference pattern of the spherically polished ferrule end face is imaged, taken into an image memory of a personal computer, and the brightness of the interference pattern is read as coordinates on the image memory and polished. The eccentricity of the spherical surface, the radius of curvature thereof, and the amount of depression in the end face of the optical fiber are measured. Inspection of the spherical polished condition of optical connector ferrules is significantly easier.Inspection and measurement compared to when a conventional ferrule is assembled into an optical connector and return loss is measured, or when parameters of ferrule end faces are measured individually. Is significantly simplified, and there is a great technical effect.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のファイバ
ー端面干渉計により、次のような顕著な技術的効果が得
られた。第1に、研磨球面の偏心度、その曲率半径、光
ファイバー端面の変形凹み量を計測することができるフ
ァイバー端面干渉計を提供することを可能にした。第2
に、従って、光コネクタのフェルールの球面研磨の状態
の検査が著しく容易にすることができ、従来のフェルー
ルにより光コネクタの組立てて反射減衰を測定するか或
いはフェルール端面のパラメータを個々に測定していた
場合に比べて、検査測定が著しく簡単になり、技術的効
果の著しいものがある。
As described above, the following remarkable technical effects have been obtained by the fiber end face interferometer of the present invention. First, it has become possible to provide a fiber end face interferometer capable of measuring the degree of eccentricity of a polished spherical surface, the radius of curvature thereof, and the amount of deformation dent of the end face of an optical fiber. Second
Therefore, the inspection of the state of the spherical polishing of the ferrule of the optical connector can be remarkably facilitated, and the return loss is measured by assembling the optical connector using a conventional ferrule, or the parameters of the ferrule end face are measured individually. In some cases, the inspection and measurement are significantly easier than in the case of the above, and some of them have remarkable technical effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光ファイバー端面干渉計の構造を示す
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of an optical fiber end face interferometer of the present invention.

【図2】本発明の光ファイバー端面干渉計で測定した干
渉パターンでの湾曲度と面精度を説明するものである。
FIG. 2 illustrates the degree of curvature and surface accuracy in an interference pattern measured by the optical fiber end face interferometer of the present invention.

【図3】本発明の光ファイバー端面干渉計で測定した実
例の干渉パターンを示す。
FIG. 3 shows an example interference pattern measured with an optical fiber end face interferometer of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ 2 拡散レンズ 3 レーザ光 4 ビームスプリッター 5 コリメートレンズ 6 平面原器 7 フェルールの研磨球面 8 光ファイバー 9 結像レンズ 10 CCDカメラ 11 モニター 12 パーソナルコンピュータ 13 干渉縞 14 光ファイバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser 2 Diffusion lens 3 Laser beam 4 Beam splitter 5 Collimating lens 6 Planar prototype 7 Polished spherical surface of ferrule 8 Optical fiber 9 Imaging lens 10 CCD camera 11 Monitor 12 Personal computer 13 Interference fringe 14 Optical fiber

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 102 G01M 11/00 - 11/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30 102 G01M 11/00-11/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ光源;該レーザ光源からのレーザ光
を平行光線の照射光にして、それを通過させ、そして、
測定対象の光ファイバーのフェルール端面の照射し、そ
れからの反射光を通す平面原器を有し;その平行光線を
測定すべく、前記の測定対象の光ファイバーのフェルー
ル端面に照射し、その反射光との干渉縞を取り出すビー
ムスプリッターを有し、 取り出した干渉縞を画像化するCCDカメラを有し;画
像化信号を入力する画像メモリを有し;前記の画像メモ
リ上で干渉縞間の距離、同心円状の干渉縞の中心点及び
その干渉縞の湾曲度並びに該光ファイバーの端面の中心
点を自動計測することにより、該フェルール端の球面の
偏心度、その面の曲率半径及び前記照射光の角度を変え
て、前記光ファイバーのフェルール端面内の干渉縞の湾
曲度を計測し、該光ファイバー端面のフェルール面から
の凹み量を測定することができる前記光ファイバー端面
干渉計。
1. A laser light source; a laser beam from the laser light source is converted into parallel light irradiation light, passed therethrough, and
A flat prototype for irradiating the ferrule end face of the optical fiber to be measured and transmitting reflected light from the ferrule end face; irradiating the ferrule end face of the optical fiber to be measured with the reflected light so as to measure parallel rays thereof; A beam splitter for extracting interference fringes; a CCD camera for imaging the extracted interference fringes; an image memory for inputting an imaging signal; a distance between the interference fringes on the image memory; By automatically measuring the center point of the interference fringes, the degree of curvature of the interference fringes, and the center point of the end face of the optical fiber, the eccentricity of the spherical surface of the ferrule end, the radius of curvature of the surface, and the angle of the irradiation light are changed. Measuring the degree of curvature of interference fringes in the ferrule end face of the optical fiber, and measuring the amount of depression of the optical fiber end face from the ferrule face. -End face interferometer.
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USRE41858E1 (en) 1993-06-24 2010-10-26 Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Pearlescent pigment for water-borne surface-coating systems
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