JP6308553B2 - 光ファイバの検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの検査方法、特に光ファイバの裸ファイバ部に付いた傷の検査方法に関する。

従来より、光ファイバに傷が付く原因は、現場組立接続作業の中の被覆除去の工程で、メカニカルストリッパの刃が摩耗していたり、刃に被覆屑が残っていたりする場合に、光ファイバを強く挟み込んで、光ファイバの側面の裸ガラス部分に傷が付くと考えられている。傷が付いた光ファイバは、時間が経過すると、その傷が起点となり、断線する場合がある。そのため、光ファイバに傷が付いているかいないかの検査は重要である。

従来のこの種の検査方法として、曲げによるスクリーニングの検査方法がある。この方法は、光ファイバコネクタのホルダにセットした光ファイバを前後左右に３回ずつ手で曲げるもので、光ファイバに傷が付いていない場合は破断しないが、もし傷がある場合はこの曲げにより光ファイバへ引張り応力が加わり、当該傷を起点に光ファイバが破断することで判別するというものである。そのため、この曲げによるスクリーニングの検査方法を行うことで、傷がある光ファイバの通信設備等への使用を防止することができる。この方法は、非常に簡単で、時間もかからないため、広く普及している。

しかしながら、上記の曲げによるスクリーニングの検査方法では、作業者によって曲げの大きさが異ったり、曲げるやり方が違うことで検出結果が異なる場合がある。さらに、傷が大きい場合は曲げにより傷がある光ファイバは破断するが、小さい傷では曲げによって当該傷がある光ファイバが破断しない、すなわち傷の大きさによっては当該傷を検出できない可能性がある。

そこで本発明は、かかる問題を解決する高精度な光ファイバの検査方法であって、作業者によらずに、かつ傷の大小にもよらずに、確実に光ファイバに付いている傷を検出できる方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の光ファイバの検査方法は、
検査対象の光ファイバに検査光を照射するための光源と、検査対象の光ファイバからの反射光を観察するための顕微鏡とを用い、
前記光源からの検査光を前記検査対象の光ファイバの裸ファイバ部の切断端面全体にわたるように照射し、
前記検査対象の光ファイバの裸ファイバ部の側面を前記顕微鏡で観察し、
前記検査対象の光ファイバの裸ファイバ部に傷がある場合はその傷の位置で前記照射された検査光が乱反射され、傷がなければ前記照射された検査光が反射されない特性を利用して、前記顕微鏡において前記検査対象の光ファイバの裸ファイバ部の側面から乱反射光が観察されるか否かによって前記検査対象の光ファイバの傷の有無を識別することを特徴とする。

この際、前記光源からの検査光の前記検査対象の光ファイバへの照射は、検査対象の光ファイバの切断端面の近傍から当該検査対象の光ファイバの裸ファイバ部の切断端面全体にわたるように軸方向に平行に照射することを特徴とする。

また、前記光ファイバに照射する検査光は可視光であり、特に波長の短い青色光であることを特徴とする。

本発明によれば、従来の曲げによるスクリーニングの検査方法が小さい傷に対しては検出できなかったのに対し、傷からの乱反射光を検出する新しい検査手法によって、小さな傷の検出にも有効な光ファイバの検査方法を提供できる。

傷を有する光ファイバの一例を示す側面図である。 裸ファイバ部の傷を示す側面図である。 裸ファイバ部の傷の長さと深さとの関係を表す模式図である。 ファイバカッタの刃圧と傷の深さとの関係の実験結果を示すグラフである。 光ファイバの傷の深さと引張り強度との関係の実験結果を示すグラフである。 傷を有する光ファイバを用いてメカニカルスプライス接続した接続部品を示す構成図である。 傷を有する光ファイバが使われた接続部品の高湿度温度サイクル試験の結果を示すグラフである。 従来の曲げによるスクリーニングの検査方法の模式図である。 従来の曲げによるスクリーニングの検査方法の側面図である。 従来の曲げによるスクリーニングの検査方法による検査結果を示す図である。 本発明の光ファイバの検査方法の実施の形態の一例を示す構成図である。 刃圧０．０５Ｎの傷を有する光ファイバの通常の光学顕微鏡による観察結果を示す図である。 刃圧０．０５Ｎの傷を有する光ファイバの本実施の形態の検査方法による観察結果を示す図である。 刃圧０．１Ｎ〜０．２５Ｎの傷を有する光ファイバの通常の光学顕微鏡による観察結果を示す図である。 刃圧０．１Ｎ〜０．２５Ｎの傷を有する光ファイバの本実施の形態の検査方法による観察結果を示す図である。 刃圧０．３Ｎ〜０．６Ｎの傷を有する光ファイバの通常の光学顕微鏡による観察結果を示す図である。 刃圧０．３Ｎ〜０．６Ｎの傷を有する光ファイバの本実施の形態の検査方法による観察結果を示す図である。 従来の曲げによるスクリーニングの検査方法および本実施の形態の検査方法による検出確率を示す図である。

以下、本発明にかかる光ファイバの検査方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１に表面に傷を有する光ファイバの一例を示す。本図では、光ファイバ１の被覆２付近の裸ファイバ部３に傷４が付いている。光ファイバに傷が付く原因は、現場組立接続作業の中の被覆除去の工程で、メカニカルストリッパの刃が摩耗していたり、刃に被覆屑が残っていたりする場合に、光ファイバを強く挟み込んで、光ファイバ１の側面の裸ガラス部分に傷４が付くと考えられている。傷が付いた光ファイバ１は、時間が経過すると、その傷が起点となり、断線する場合がある。そのため、光ファイバに傷が付いているかいないかの検査は重要である。

まず、傷を有する光ファイバの実験で調査した特性を説明する。光ファイバにファイバカッタを利用し、刃圧を変化させて様々な大きさの傷を付与した。図２に傷４を付与した裸ファイバ部３の側面図を、図３に傷４を付与した裸ファイバ部３の傷の長さと深さの関係を表す断面図を示す。

付与した傷の深さは、最大２５μｍ程度であり、目視で観察することはできないため、顕微鏡で観測する。傷の長さＬと傷の深さｄが直線であると仮定すると、観測したＬと裸ファイバ部３の半径Ｒ：62.5μｍ、ｄ＝Ｒ−（Ｒ²−（Ｌ／２）²）^1/2の関係式から傷の深さｄを求めることができる。図４に実験で求めた刃圧と傷の深さとの関係を示す。傷の深さは、刃圧に対してほぼ線形の関係であることが分かる。この結果から、刃圧を調整することで、光ファイバに任意の深さの傷を付与できることを確認した。

次に、傷を有する光ファイバの実験で調査した強度を説明する。光ファイバを含む石英ガラスは脆性材料である。ガラスの破壊は、完全に均一で欠陥が存在しない場合、引張り応力で原子間の結合が切られ、原子が分離することで起きる。ガラスの理論強度は約２０ＧＰａである。

通常のガラス製品の強度は、表面や内部に大小の傷を有しているため、この傷が応力集中源となり、理論強度より２桁あるいはそれ以上も小さい。本検討ではガラス製品である光ファイバの引張り強度を引張り試験機を用いて測定した。図５に実験で求めた傷の深さと引張り強度との関係を示す。傷を付与していない被覆心線（ｄ＝０μｍ）の場合、引張り強度が４．５ＧＰａであったのに対し、付与した傷の深さｄが４から２４μｍでは、強度が０．６ＧＰａから０．１ＧＰａまで低下した。この結果から、傷を有する光ファイバは被覆心線に比べ著しく脆くなり、現場作業後に破断するリスクが高くなることが推測される。

さらに、図６に示すように、傷４を有する光ファイバ１と通常の光ファイバ１をメカニカルスプライス５で接続し、高湿度温度サイクル試験を実施した結果を説明する。傷の深さ４，８，１２，１６，２０，２４μｍの６種類を３サンプルずつ、計２４個のメカニカルスプライス接続したものを−４０〜７５℃の温度サイクル、湿度８０％ＲＨの厳しい環境下で接続損失変動を測定した。この結果を図７に示す。

傷の深さが４μｍでは変化がなく、それ以外の種類では３サンプル中の１サンプルずつ、大きな損失変動が観測された。本試験後にメカニカルスプライスを解体して確認したところ、全ての光ファイバが傷を付与した位置で断線していた。以上の結果から、傷を有する光ファイバが使用された接続部では、任意の時間経過後に破断する可能性が高いことを確認した。

＜従来の検査方法＞
ここから、光ファイバに付いた傷の検査方法について説明する。従来の光ファイバ１の傷４の有無の確認方法として、曲げによるスクリーニングの検査方法がある。図８に曲げによるスクリーニングの検査方法の模式図を、図９に曲げによるスクリーニングの検査方法の側面図を示す。

ホルダ６にセットした光ファイバ１を前後左右に３回ずつ手７で曲げる（101）。もし光ファイバ１に傷４がある場合は、この曲げにより当該光ファイバ１に引張り応力が加わり、傷４を起点に当該光ファイバ１が破断するため、傷４を有する光ファイバ１の通信設備等への使用を防止することができる。この方法は、非常に簡単で、時間もかからないため、広く普及している。

しかしながら、この検査方法では、やり方や作業者によって検出結果が異なる可能性がある。また、大きさによって傷を検出できない可能性もある。そのため、様々な大きさの傷を有する光ファイバを作製し、この検査方法を実験的に検証した。光ファイバ１の傷４は、ファイバカッタを利用し、刃圧を変化させて、様々な深さの傷４を有する光ファイバ１を作製した。

図１０に従来の曲げによるスクリーニングでの検査方法で行った、傷を有する光ファイバの検査結果を示す。刃圧０．２５Ｎ以上、すなわち深さ１０μｍ以上の傷は確実に検出できたが、刃圧０．２Ｎ以下、すなわち深さ８μｍ以下の小さい傷の場合は全く検出することができなかった。以上のことから、従来の曲げによるスクリーニングの検査方法では、小さい傷を有する光ファイバの検出はできないことを確認した。

＜本発明の検査方法＞
以下、本発明の光ファイバの検査方法について説明する。

本方法は、検査対象の光ファイバに検査光を照射するための光源と、検査対象の光ファイバからの反射光を観察するための顕微鏡とを用い、裸ファイバ部全体にわたるように外部から光を照射し、もし傷があればその位置で光が乱反射する特性を利用する。傷からの乱反射光を顕微鏡で観察することで、作業者によらずに確実に検出できる方法である。

図１１は本発明の光ファイバの検査方法の実施の形態の一例を示すもので、検査対象の光ファイバ１に外部から検査光を照射するための光源１１と、検査対象の光ファイバ１からの反射光を観察するための顕微鏡１２とを用い、検査対象の光ファイバ１の切断端面の近傍から検査対象の光ファイバ１の裸ファイバ部３全体にわたるように軸方向に平行に光源１１からの検査光２１を照射するとともに、検査対象の光ファイバ１の裸ファイバ部３の側面を顕微鏡１２で観察する。

もし傷４がある場合は、光ファイバ１の裸ファイバ部３のガラス材料中で傷４の箇所が他のガラス材料部分と異なり、その箇所で検査光２１が散乱される。その散乱光、すなわち傷による乱反射光２２を顕微鏡１２で観察することで、裸ファイバ部３に傷が有ることが認識できる。もし、裸ファイバ部３に傷がなければ検査光２１は反射されずにそのまま透過されるため、顕微鏡１２では散乱光、すなわち乱反射光２２が観察されずに、傷が無いことが識別される。

本実施の形態で用いる検査光２１は、広く普及している光学顕微鏡で観察することができる可視光であることが望ましい。検出する傷４の大きさと検査光２１の波長との関係において、もし傷４の大きさが光の波長と同程度であるならば、可視光のどの波長に対してもほぼ同程度に散乱されるというミー散乱によって特徴を説明することができる。仮に、傷４の大きさが光の波長よりも小さい場合は、散乱量は光の波長の４乗に反比例するというレイリー散乱に依存する。本実施の形態の光ファイバの検査方法では、可能な限り、小さい傷４でも検出できることが望ましいので、検査光２１は可視光の中でも、特に波長が小さい青色光を用いることが検出効率を上げる効果が期待できる。

以上の本実施の形態の光ファイバの検査方法に関して、様々な大きさの傷を有する光ファイバ１を作製して、実験で検証した。光ファイバ１の傷４は、前述と同様にファイバカッタを利用し、刃圧を変化させて様々な深さの傷４を有する光ファイバ１を作製した。本実施の形態の検査方法では、波長が短い青色光を用いて、顕微鏡１２の倍率は１００倍で観察した。

図１２および図１３に傷を有する光ファイバの検査結果の一例を示す。ここで、図１２は刃圧０．０５Ｎ、すなわち深さ２μｍの傷を有する光ファイバに白色光を顕微鏡から光ファイバへ向かって軸方向と垂直に照射した時の観察結果、すなわち通常の光学顕微鏡での観察結果、図１３は同じサンプルの傷を有する光ファイバに青色光を光ファイバ端面近傍から光ファイバへ軸方向と平行に照射した時の観察結果を示している。

図１２の結果では、赤い丸印の位置で傷があることがどうにか認識できる。一方、図１３の結果では、裸ファイバ部の中で傷のある位置からの反射光が明瞭に観察できる。以上の結果から、本実施の形態の検査方法は、通常の光学顕微鏡観察に比べて明瞭に認識できることが確認できた。

図１４および図１５に刃圧０．１Ｎ、すなわち深さ４μｍから刃圧０．２５Ｎ、すなわち深さ１０μｍまでの大きさの異なる傷を有する光ファイバの観察結果を示す。図１４が通常の光学顕微鏡の観察結果、図１５が本実施の形態の検査方法を用いた観察結果を示している。前記と同様に、大きさの異なる様々な傷を有する光ファイバの検査においても、本実施の形態の検査方法の方が、通常の光学顕微鏡観察に比べて明瞭に認識できることが確認できた。

図１６および図１７に刃圧０．３Ｎ、すなわち深さ１２μｍから刃圧０．６Ｎ、すなわち深さ２４μｍまでの大きさの異なる傷を有する光ファイバの観察結果を示す。図１６が通常の光学顕微鏡の観察結果、図１７が本実施の形態の検査方法を用いた観察結果を示している。前記と同様に、大きさの異なる様々な傷を有する光ファイバの検査においても、本実施の形態の検査方法の方が、通常の光学顕微鏡観察に比べて明瞭に認識できることが確認できた。

図１８に従来の曲げによるスクリーニングの検査方法および本実施の形態の検査方法による検出確率（％）を示す。従来の曲げによるスクリーニング方法は、傷の深さ１０μｍ以上では確実に検出できたが、深さ８μｍ以下の小さい傷の場合は全く検出することができなかった。一方、本実施の形態の検査方法では全ての深さの傷を確実に検出することができた。以上の結果から、光ファイバに外部光を照射し、傷からの乱反射光を検出するファイバの検査方法は有効であることを明らかにした。

１：光ファイバ、２：被覆、３：裸ファイバ部、４：傷、５：メカニカルスプライス、６：ホルダ、１１：光源、１２：顕微鏡、２１：検査光、２２：乱反射光。

ＮＴＴ技術ジャーナル、Vol.22、No.10、pp.48-50、2010

Claims (4)

1. 検査対象の光ファイバに検査光を照射するための光源と、検査対象の光ファイバからの反射光を観察するための顕微鏡とを用い、
   前記光源からの検査光を前記検査対象の光ファイバの裸ファイバ部の切断端面全体にわたるように照射し、
   前記検査対象の光ファイバの裸ファイバ部の側面を前記顕微鏡で観察し、
   前記検査対象の光ファイバの裸ファイバ部に傷がある場合はその傷の位置で前記照射された検査光が乱反射され、傷がなければ前記照射された検査光が反射されない特性を利用して、前記顕微鏡において前記検査対象の光ファイバの裸ファイバ部の側面から乱反射光が観察されるか否かによって前記検査対象の光ファイバの傷の有無を識別する
   ことを特徴とする光ファイバの検査方法。
2. 前記光源からの検査光の前記検査対象の光ファイバへの照射は、検査対象の光ファイバの切断端面の近傍から当該検査対象の光ファイバの裸ファイバ部の切断端面全体にわたるように軸方向に平行に照射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの検査方法。
3. 前記光ファイバに照射する検査光は可視光である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの検査方法。
4. 前記可視光は波長の短い青色光である
   ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの検査方法。