JPS6046509A - 光フアイバのコア検出・軸合せ方法及びその装置 - 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】 本発明は透過形の顕微鏡によって、光ファイバ特にコア
径の小さな単一モード光７アイパのコアを正確に軸合せ
し、効率よく低損失に接続する方法及びその装置に関す
るものである。

光ファイバの接続を低損失に行う場合には、光ファイバ
のコア自体を軸合せする必要がある。

従来のこの種の光ファイバのコア軸合せ方法には次に示
す（ａ）〜（ｅ）の方法があった。

（ａ）　第１図はパワーモニタ法と呼ばｎる光ファイバ
のコア軸合せ方法である。この方法は相互に接続される
単一モード光ファイバ（以下光ファイバと略称する）１
．１’に光源２および受光路３を配し、接続点の透過パ
ワーが最大になるように光ファイバ１．１’のコアをＸ
。

ｙ方向に軸合せする方法である。しかし、この方法は接
続するための作業箇所が光源、接続点、受光点の３か所
に分散するので、人員や機材が多く、作業能率が悪い欠
点があった。

（ｂ）　文献、昭和５７年度電子通信学会総合全国大会
９３４「単一モード光ファイバのコア軸合せ方法ＪＰ、
４−１３１に見られるように、Ｇｅがドープされた九フ
ァイバの紫外線励起による螢光現象を利用し螢光を発し
たコアを観測して軸合せをする方法がるる。しかし、こ
の方法はＧｅドーパントを含んだコアの場合に制限され
ることや、紫外領域のレーザ光ｒＡを要するため装置が
大型化する欠点があった。

（Ｃ）′　文献、電子通信学会論文誌’８２１５　Ｖｏ
　Ｌ、　Ｊ６５−８．Ａ５．Ｐ、６６２　ｒシングルモ
ード光ファイバのモニター無し接続方法」などに見られ
るように、光７アイパをそのクラッドと同じ屈折率の液
体で浸し、位相差顕微鏡でコアを検出し軸合せする方法
がある。しかし、この方法は、空気中でコアを検出でき
ないことなどに欠点がある。

（ｄ）　文献、昭和５８年度電子通信学会総合全国大会
２００９ｒ単一モード光７アイパのコア直接観察による
接続損失の推定ＪＰ、７−３９０に見られるように、徽
分干渉ｉ徴ｉを使用して空気中で光ファイバのコアを検
出し、コアを軸合せする方法がある。しかし、この方法
は、微分干渉顕微鏡という特別な装＠を必要とするため
に装置が大型化することや装置が高価になる欠点がある
。一般に１単一モード光７アイバのコアは偏心している
ため、真のコア位置は、光７アイパをクラッドと同じ屈
折率の液体で浸す場合を除き、コア像からめた見かけ上
のコア位置とは一致しない。光ファイバにピントを合わ
せる位置によって、コア像からめた見かけ上のコア位置
も変化する。

したがって、微分干渉顕微鏡で単一モード光ファイバの
コア像が検出できても正確表軸合せができない欠点があ
った。

（ｅ）　通常の顕微鏡で単一モード光ファイバのコア像
が観測できる事実は知られていたが、コア像の検出条件
が明らかＫされていなかったため、安定した検出ができ
ない欠点があった。

本発明はこれらの欠点を除去するため、光ファイバの照
明装置と受光装置の設計条件および光ファイバにピント
を合わせる位置範囲を明らかにして、通常の顕微鏡でも
鮮明なコア像を得られるようにし、また光ファイバの真
のコア位置とコア像から得られる見かけ上のコア位置と
の関係を示す特性曲ａｔ−導入し、コアの軸合せを正確
に行えるようにしたものである。

以下本発明の詳細な説明する。

第２図は照明光として一様な平行光線４を単一モード光
ファイバ１．ｌ’ｌｃ６てた場合について、光フアイバ
透過光の光強度分布５ｔ−求めるモデルである。光フア
イバ透過光の光強度分布５は、一定の階級の光強度ヒス
トグラムとして、次の手順によシ計算機シミヱレーショ
ンかうまる。即ち、 （１）単一モード光ファイバ１．１’に対して、平行光
線４は３種類の光路６，７．８を通る。

また、クラッド９とコアｌＯへの入射面では反射光１１
．１２を考える。

（２）光路７，８の光路は、クラッド部９にスネルの法
則を適用し、コア部ｌＯには一定のグレーデッド形屈折
率分布を仮定してめる。

（３）顕微鏡の対物レンズ１３が受光できる入射光は、
対物レンズ１３の開口数と受光口径および作動距離によ
って決定できる。

（４）ｔた、光路７，８’ｅ通る光線及び反射光１１゜
１２の光強度線フレネルの式からまる。

（５）　上記（３）の条件を満足する光線は、例えば光
路７を通る光線の場合、対物レンズ１３からは、図２に
示すように点Ａから焦点位置点Ｂ（ｘ　＝　Ｇ　）に破
線で延長した位置の光としてみえる。このとき、上記（
４）からまる光強度１４を、既にまっている同じ階級内
の光強度１５に加える。

第３図に、以上のようにして、平行光線の密度を２万本
／■としてめた光フアイバ像の光強度ヒストグラム、即
ち光強度分布の例を示す。

計算に用いた光ファイバ１．１’のパラメータおよび対
物レンズ１３のパラメータを表１に示す。但し、第２図
、第３図のＰは光強度を示す。また第２図のＹＧと３’
（３１Ｂ光ファイバ像の端にできる暗部の幅であシ光フ
ァイバのレンズ効果と対物レンズエ３の受光条件によル
決定される。また１６は；ア像である。

第４ｖ！Ｊは、第３図から作成したもので、平行光線４
を光ファイバ１．１”ＪＣあてた場合の光７アイパ１，
１”にピントを合わせる位置（ＸミＧ）に対するコア像
１６の大きさとコントラストの関係を示す。コア径はｘ
ｏｐｍである。第４図から、コア像１６の大龜さはピン
ト位置Ｇに応じて変化するため、対物レンズ１３の焦点
深度が浅い＃など鮮明なコア像が得られることがわかる
。また、光ファイバ１ｍｌ”のコア像１６のコントラス
トは、ピント位置Ｇの値が大きい方がよくなる傾向があ
る。たたしコアｅｘｅは小さくな仝ので、ピント位置ｑ
の大きさは、対物レンズ１３など受光系の諸元や画像検
出センナの動作仕様などによシ制限される。また、照明
光に斜め入射の成分を加えれば、Ｇが小ざな場合の像の
コントラストを高めることも可能である。

第６図は、光ファイバ１．１’にピントを合わせる位置
Ｇが一定の条件で第３図をｙ軸方向に拡大してコア像１
６の中心位置を検出し、光７アイパ１，１１の真のコア
位置ｘｅ、ｙｅＶｃ対するコア像１６の位置ｚ６１　、
　ｙｅｔの検出誤差の関係を示したものである。第５図
から、コア像１６で光ファイバのコアを正確に軸合ぜで
きないことが明らかである。この原因は、コア径と同様
に１コアの偏心量も、Ｇに応じて拡大あるいは縮小され
て観察さｎるためである。したがって、光ファイバの；
ア外径とコア像１６の外径２ａ１が一致する条件で社、
真のコア位置とコア像の位置も一致するととＫなる。

第６図及び第７図は本発明に係るコア検出・軸合せ装置
を示す。同図？１．１’は接続される単一モードの光フ
ァイバ、１７．１７’は電動モータ、１８．１８’は固
定台微動機構、１９゜１９１は光フアイバ固定台、２０
は光フアイバ像検出部、２１は計算機、２２は電動モー
タ、２３はポテンショメータ、２４は照明光源、２５゜
２５１はレンズ、２６は絞）、２７．２７”はライトガ
イド、２８は光ファイバ像検出部駆動部、２９は中間接
続リング、３０はフレームメモリ、３１は自動焦点用電
動モータ、３２は顕微鏡微動機構、３３はミラーである
。そして対物レンズ１３と中間接続リンク゛２？とで顕
微鏡が形成されている。

第８図は、第６図及び第７図に示すコア検出・軸合せ装
置の動作手順を示すフローチャートである。

第６図及び第７図に示す装置を動作するには、電動モー
タ１７，１７’で駆動さ九る固定台微動機構１８．１８
”によシ、ＸｐＹ＊　ｚ方向に移動する光フアイバ固定
台１９．１９”上に被り除去と所定の長さに切断の完了
した被接続単一モード光ファイバ１．１’を対向させて
固定する。微動機構系１７．　１８．１９．　１７’、
１８’、１９’により光ファイバ１．１’を２方向に送
り、所定の°端面間隔になったところで停止する。光フ
アイバ固定台１９．１９’は、光ファイバ１．工１の中
心軸が概ね一致するように原点位置に初期設定できるよ
うに構成されている。次に、第２図の光路６の光線につ
いて、光フアイバ像検出部２０の受光強度が所定の強度
になるように、計算機２１によって電動モータ２２に接
続されたポテンショメータ２３′８回転し、照明光源２
４の電流を調節設定し、その先端に千行光綜が得られる
ように構成されたレンズ２５．２５’、絞り２６をもつ
ライトガイド２７．２７’ｔ−介して、光ファイバエ、
１′を照明する。まず、光ファイバｌ’にライトガイド
２７でｙ方向に照明し、光ファイバｌのコアのＸ方向へ
の偏心量を次のようにしてめる。即ち、顕微鏡の対物レ
ンズ１３に入射した光フアイバ透過光が、画像分解能が
少くともｌｐｍ以内になるような光７アイノ（像を光フ
アイバ像検出部２０に結ぶように、対物レンズ１３の倍
率と中間接続リング２９の長さが決定されており、かつ
光７アイノ（固定台１９゜１９’に対して相対位置が変
化しないように対物レンズ１３及び中間接続リングｚｑ
ｉｈる顕微鏡並びに光フアイバ像検出部２０で構成され
る光学系が剛に支持されている。光コアイノく像は、必
要に応じてフレームメモリ３０に書き換えられる。第９
図に示すように、光７アイ／＜、１について、軸に垂直
なサンプルライン２１＠　２１　＃　”ｍ　上の、第２
図中の５に対応する光強度分布を、フレームメモリ３０
から計算機ｚｌ内に取シ込むＯサンプルラインを複数に
するのは、平均化のためである。次に、第２図に示す光
強度分布５のうち、コア像１６の外径２ａ１が所定の値
になるようにするか、または光コアイノ（像暗部の幅Ｙ
ＧあるいはｙＧｌが所定の値になるように自動焦点用電
動モータ３１を駆動し、顕微鏡微動機構３２を介して、
光学系１３．２０．２９４”）’方向に上下させ、光フ
ァイバｌにピントを合わせる位置Ｇを常に一定にし、コ
ア像の位置の検出誤差を常に一定に保つ。光ファイバ１
１についてもサンプルライン”１’　＃　”＊”　ａ　
ｚｌ’上の光強度分布からｙＧあるいはｙＧｌをモニタ
ーしつつ、今度は固定台微動機構１ｇ”によシ光ファイ
バｌＩｔ動かして、Ｇを適正化しておく。なおこのとき
、７Ｇ。

ｙＧｌは光ファイバｌの光強度分布について、光強度の
しきい値を与えるか、あるいは微分処理を施すことによ
って、暗黒部の境界点をめる方法で測定する。第９図に
示すように、光フアイバ像の中心部に２本の線として現
われるコア像１６のＸ方向の中心をコアの位置とし、光
フアイバ像の中心との距離Ｘｅ、’を計算機２１でめる
。このとき、得られ九Ｘｅｌ　’から第５図に示した特
性曲線を用いてコア位置の検出誤差呻ｅ１つをめ光ファ
イバｉｏｘ方向の真のコア位置ｘｅ　１　＝　ｘｅ　１
　’　−ｅ（Ｘ、ｅｊ’　、）　ｔ−計算４ｆｉ２１で
める。ある、いは、コア像の大きさを測定し、その値を
コア径の規格値（あるいは事前の測定値）で割ってＸｅ
ｌ’にかけ合わせることにより、Ｘｅ５Ｙｒ計算す仝。

次に・光７アイパｌｔ″ライトガイド２７′。

でＸ方向に照明し、光ファイバｌのｙ方向への偏心量ｙ
ｅ□１をめる。このとき、対物レンズ１３を１３”の位
置に移動し、ミラー３３を介して、光ファイバｌの所定
の位置にピントラ合わせた光フアイバ像が得られるよう
に、上述と同様にして自動、焦点調整する。以ア１１．
ヒ記手順と全く同様にして、ｙｅ”　＝ｙｅｌ’　十〇
（ｙｅ’ｔ’、）　ｅ　Ｘｅｘ＝ＸＱ’（’　＋ｅ（Ｘ
ｅ’ｔ”　）＊　’ｊｅ＊’＝　７６’＊’＋　ｅｃＹ
ｅ’ｊ　’）　請求める。以上によル、第１Ｏ図カーら
判るように対向した被接続光ファイバの真の軸ず詐量Δ
Ｘ、Δｙ′ｆｆ：計算機、２１で算出する。電動モータ
１７．１７”を駆動し、固定台微動機構ｌ、８．１８Ｗ
を介して、光フアイバ固定台１９．１９’上に固定した
光ファイバｉ、ｌ’の軸ずれをなくすようにｘ、ｙ方向
へ送り、正確な光ファイバ１１１’のコア軸合せを自動
的に行う。なお以上の手法は、光７アイノ（のコア外径
とコア像１６の外径が一致しない場合に有効であるが、
両者を一致させた条件下ではコア像の飽性補正の演算は
不要となる。この場合、平行光線よりも、角度をもった
成分がまじった照明の方が像のコントラストが高まる。

次に光ファイバ律動送シ系１７，３ｇ、１９゜１７’　
、　１８’　、　１９’によシ、光７アイ／’　１　＊
　１’　ｔ２方向に送シ、同時に放電加熱し、光ファイ
バ１．１１を融着接続する。光ファイ／＜融着接続後の
コア像を上記と同様にして直角２方向力１ら検出し、軸
ずｇ−３１、ｒ＝Ｉに；戸−がある一定値量下であるか
を計算機２１で判断し、接続の是非を決定する。なお、
このとき、コア像の融着接続部に黒い部分が認められる
ときは小気泡でおるため接続をやシ直す必要がある。

なお、光フアイバ像によって、自動焦点用の暗部の幅７
Ｑ　Ｉ　ＶＧ’やコア像位置ｘｅ”、ｙｅ＠をめる場合
、光フアイバ像画像に混入した雑音の影響全回避するた
め、第１θ図に示すように画像の数箇所Ｚ！　ｍ　”ｌ
　ａ　ｚ！ｊ　＃　ｚ、Ｓ等について光強度分布５を考
え、数箇所の検出信号の類似性について計算機２工内で
処理してもよい。

ま九、上述した実施例ではコア像１６による真のコア位
置の補正を１回だけ行っているが、信頼性を向上するた
め複数回行ってもよい。

また、光ファイバの一定位置にピントを合わせる場合、
コア像工６の外径２ａ１、あるいは光ファイバ像暗部の
＠　ｙ（３、ｙＧ’の大きさを利用したが、光ファイバ
にビン）１−合わせる位置によシ光ファイバ像の外径が
変化したように見える現象を利用して、その光フアイバ
外径の大きさを用いてピントを合わせてもよい。また、
本発明を用いれば、光ファイバを融着接続後、コア接続
点あるいはその近傍の領域に則して、コアの外径や変形
、あるいは受光光強度を検出することによシ、接続の良
否をも検査することができる。更に、上述した実施例で
は、単一モード光ファイバについて述べているが、多モ
ードファイバについても上記技術を全く同様に応用でき
る。

次に実施例を示す。

〔実施例）　８２表に示す２種類の単一モードファイバ
について、本発明の方法を用いて、軸合せをし、突合せ
接続してその接続損失を評価した。比較的偏心率の小さ
い光ファイ／（Ａでは平均接続損失０．０４５ｄＢ、標
準偏差０、０４７ｄＢが得られた。光ファイバＡに関し
て社従来の微分干渉顕微鏡とＧｅドープコアの螢光現象
を利用したコア像モニタ法による平均接続損失１！０．
０４〜０．０９５ｄＢ　であった。

一方、光ファイバＢは比較的偏心量の大きいファイバで
アシ、本発明の方法では、この光ファイバについても光
７アイパＡと同等の平均接続損失０．０６５ｄＢ、癖偏
却１）８２ｄＢで接続ができた。なお、１．２５μｆｉ
ｉ超えるコア偏心量の大きい光ファイバについてのコア
像七二タ法による接続は行なわｎた例は報告されていな
い。現在、実用に供されている光ファイバの代表的な製
造規格では、コアの最大偏６量は約３．７５μｍでらシ
、本発明の方法は実用に供さｎている一般のファイバに
十分に適用が可能なことが明らかになった。

以上説明したように、本発明の光ファイバのコア検出・
軸合せ方法及びその装置祉所定の光学系の設定を行うこ
とによル、通常の顕微鏡でも単一モード光ファイバのコ
ア像を安定して検出でき、特別な装置や手段が全く不要
になるなど、コア検出装置の構成が非常に簡単になる利
点があるｔｌか、コアが偏心している一般の単一モード
光ファイバの場合でも、光ファイバにピントを合わせる
位置を一定にしているため、コア像の位置から真の光フ
ァイバのコア位置を検出・補正できるため、コア像によ
る軸合せが極めて正確にでき、接続失敗が非常に少なく
なると同時に接続損失の小さい接続ができる利点がある
。また、接続作業箇所が接続点だけでよくなシ１作業能
率が数段向上する利点がある。

したがって、光フアイバケーブルを用いた通信システム
の実用化に大きく寄与するものでらる。

【図面の簡単な説明】

第１°図は従来のパワモニタによる被接続光ファイバの
コア軸合せ方法を説明するための説明図、第２図は光フ
ァイバに平行光線をめてた場合の光フアイバ像の光強度
分布をめるモデルを示す説明図、第３図は第２図のモデ
ルについて計算機シミュレーションした光強度分布例を
示す分布図、第４図は光ファイバにピントを合わせる位
置に対する光フアイバコア像の大きさと；ア像のコノト
ラストの関係を示す特性図、第５図は光ファイバにピン
トを合わせる位置が一定の場合の　光ファイバの真の＝
ア位置に対する＝７像から得られるコア位置の誤差を示
す特性−＃を示す特性図、第６図は本発明の一実施例を
示す構成図、第７図社第６図’ｔｙ−ｚ平面で示す構成
図、第８図は単一モード光ファイバのコア検出・軸合せ
装置の動作手順を示すフローチャート、第９図は光フア
イバ画像から光強度分布を作成する断面位置を示す断面
図、第１０図は光フアイバコア像から真のコア位置をめ
る場合の補正関係を示す説咀図である。 図面中、 １．１’は光ファイバ、 ２は光源、 ３絋受光器、 ４は一様な平行光線、 ５は光強度分布、 ６．７．８は光路。 ９は光ファイバのクラッド、 １０は光７アイバのコア、 １１．１２は反射光、 １３は顕微鏡の対物レンズ、 １４はセ光線の受光光強度、 １５は既にまっている同階級内の光強度、１６はコア像
、 １７．１７”は電動モータ、 １８．１８’は固定台微動機構、 １９．１９’は光フアイバ固定台、 ２０は光フアイバ像検出部、 ２１は計算機、 ２２は電動モータ、 ２３はポテンショメータ、 ２４は照明光源、 ２５．２５’はレンズ、 ２６は絞ル、 ２７．２７’はライトガイド、 ２８は光ファイバ像検出部駆動部、 ２９は顕微鏡の中間接続リング、 ３　（ｌｔ７レームメモリ、 ３１は自動焦点用電動モータ、 ３２は顕微鏡機動機構、 ３３はミラーである。 特許出願人 日本電信電話公社 代　理　人 弁理士光石士部 （他１名） 第１図 第２図 す 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　接続される一対の光７アイパを双方の端面が対
   向するように保持し、光ファイバの軸に直角な２方向か
   ら光ファイバに光を照射し、光７アイパを透過してくる
   光を顕微鏡で受光して光ファイバ像ｔｐ像するとともに
   この光フアイバ像を光７アイパ像検出器で観測し、観測
   した光フアイバ像の端にできる暗部の幅または光フアイ
   バ像の中のコア像の大きさから顕微鏡のピントが光７ア
   イパに合うように顕微鏡の焦点位置全設定し、双方の光
   ファイバについて前もって測定されたコア径あるいはコ
   ア径の規格値に顛ｆｉｔ鏡の倍率を乗じた値と観測され
   たコア像のコア径の大きさとの比により観測してｈる２
   方向についてのコアの真の偏心成分を算出し、この偏心
   成分をもとに光ファイバのコアの軸合せを行うことを特
   徴とする光ファイバのコア検出・軸合せ方法。
2. （２）接続される一対の光ファイバを双方の端面が対向
   するように保持し、光７アイパの軸に直角な２方向から
   光ファイバに光を照射し、光ファイバを透過してくる光
   を顕微鏡で受光して光フアイバ像を結像するとともＫこ
   の光フアイバ像を光フアイバ像検出器で観測し、観測し
   た光フアイバ像中のコア像の大きさが前もって測定され
   たコア径あるいはコア径の規格値に顕微鏡の倍率を乗じ
   た値と等しくなるように光ファイバに対する顕微鏡のピ
   ントを合わせ、対向する光ファイバのコア像の位ｒＩＬ
   を２つの観測方向において夫々一致させることによシ光
   ファイバのコアの軸合せを行うことを特徴とする光ファ
   イバのコア検出・軸合せ方法。 るように保持し且つこれら光ファイバの軸合せ動作が可
   能な光フアイバ固定台と、光ファイバへその＠に直角な
   ２方向から光を照射する照射部と、光ファイバを透過し
   てきた光を受光して光ファイバを拡大した光フアイバ像
   を結像する顕微鏡と、結像した光７アイパ像を観測する
   光フアイバ像検出器と、観測した光フアイバ像をもとに
   光ファイバに対する顕微鏡の焦点位置を算出するととも
   にコアの真の偏心成分を算出する計算機と、この計算機
   からの焦点位置信号によシ光ファイバに対する顕微鏡の
   焦点位置を設定する顕微鏡微動機構と、前記計算機から
   の軸合せ信号によル前記光ファイバ固定台を駆動する固
   定台微動機構とでなることを特徴とする光ファイバの＝
   ７検出・軸合せ装置。