JP3078133B2 - 光導波路の整列状態検査方法および光導波路 - Google Patents
光導波路の整列状態検査方法および光導波路Info
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Description
光導波路の整列状態検査方法およびこの方法で検査した
光導波路に関する。
バ)とn本の光ファイバ(n側光ファイバ)を端面同志
で対向させ、マスタ側光ファイバを移動させることによ
り光結合対象のn側光ファイバを切り換えるものとし
て、1:n光スイッチ装置がある。上記のn側光ファイ
バは多心光コネクタに固定配置されており、単心光コネ
クタに保持されたマスタ側光ファイバと選択的に光結合
することにより、光通信信号の伝達経路が切り換えられ
る。
は、例えば、昭和63年電子情報通信学会秋期全国大
会、B−343の「多心コネクタの高精度寸法測定技
術」が知られている。図13はこれを模式的に示す斜視
図である。光コネクタ101は図示しないステージ(X
方向,Y方向の可動ステージ)にセットされ、後端面か
ら照明光源102により照明される。光コネクタ101
の前端面側には対物レンズ103を挾んでCCDなどの
撮像デバイス104が配置され、光コネクタ101の前
端面の像が撮像デバイス104に結像される。
のガイドピン穴105が設けられると共に、その間には
多数本のファイバ穴106が形成されている。このた
め、照明光源102からの照明光はガイドピン穴105
およびファイバ穴106を通り、透過照明光となって撮
像デバイス104に入射する。画像処理装置107には
光コネクタ101の前端面からの透過照明光の撮像デー
タが与えられる。
ピン穴105とファイバ穴106の前端面におけるエッ
ジの輪郭を求めることができるので、その結果からガイ
ドピン穴105とファイバ穴106の中心位置が求ま
る。そこで、この測定された中心位置を設計上の中心位
置と対比すれば、いわゆる偏心量や偏心方向が求まり、
製品の評価が可能になる。なお、CRT108は撮像デ
ータや測定結果を目視可能に表示するものである。
従来技術では、ガイドピン穴105を基準として定まる
ファイバ穴106の実測位置と、ガイドピン穴105を
基準として定めた設計上の中心位置とを対比し、ファイ
バ穴106の偏心量や偏心方向が求められている。従っ
て、ファイバ穴106を挟む2つのガイドピン穴105
を使用せず、また、1列ではなく多列にファイバ穴10
6が並んだ多心光コネクタに対しては、上記従来の高精
度寸法測定技術はそのまま適用することは出来ない。上
述した1:n光スイッチ装置におけるn側光ファイバを
整列配置する多心光コネクタにおいては、ガイドピン穴
105は用いられておらず、また、光ファイバが行方向
および列方向に多列に配置されている。このため、この
ように配置されたn側光コネクタにおける各光ファイバ
の偏心状態、すなわち整列状態を把握することは困難で
あり、光ファイバの整列状態は上記従来の測定技術によ
っては検査することができなかった。
っても、各光導波路の整列状態を正確に検査することの
可能な光導波路の整列状態検査方法およびこの方法で検
査した光導波路を提供することを目的とする。
整列状態検査方法は、一方の各端面が略同一平面におい
て行および列に整列して固定配置された複数のn側光導
波路または光ファイバを有し、上記各端面に選択的に光
結合するマスタ側光導波路または光ファイバに組み合わ
されて光スイッチを構成する光コネクタを用意する第1
ステップと、n側光導波路または光ファイバの他方の端
面側から照明光を入射し、略同一平面に整列配置された
一方の端面側で出射光を撮像することにより、整列配置
されたn側光導波路または光ファイバ各端面の中心位置
を求める第2ステップと、この第2ステップで求めた中
心位置のうち、行方向に配置されたn側光導波路または
光ファイバ各端面の中心位置の平均位置および列方向に
配置されたn側光導波路または光ファイバ各端面の中心
位置の平均位置を各行および各列毎に求める第3ステッ
プと、この第3ステップで求めた端面の中心位置の各平
均位置から所定の範囲を越える位置に端面の中心が位置
するn側光導波路または光ファイバを不良と判定する第
4ステップとを備え、光導波路の整列状態を検査する。
の絶対位置を基準にすることなく、光導波路または光フ
ァイバ相互間の相対位置に基づき、光導波路または光フ
ァイバ中心位置の偏心状態を評価することが可能にな
る。また、これら中心位置の偏心状態が把握された光導
波路が得られる。
られるn側光コネクタにおける光ファイバ整列状態検査
方法に適用した場合について説明する。
コネクタを使用する1:n光スイッチ装置について説明
する。
光切換がされていた。例えば、マスタ側光ファイバがフ
ェルールに挿入され、これが割りスリーブに挿入されて
いた。ここで、割りスリーブにはn側光ファイバが各ス
リーブごとにセットされており、挿入対象を変えること
で光切換が可能になっていた。
では、磨耗によるフェルールの外形変化が生じ、位置合
せ精度が使用と共に低下する。特に、シングルモード光
ファイバ同志の光結合では、コア径は10μm程度であ
るため、例えば1μm程度の軸ずれがあると、一般に
0.3〜0.5dB程度の光結合損失が生じることにな
る。従って、非接触方式の光スイッチ装置およびその調
芯方法が望まれることになるが、非接触では光軸合せが
極めて困難である。
おいて、以下の非接触方式の1:n光スイッチ装置およ
びその調芯方法を提案している。
信号が伝送されるマスタ側光ファイバを有するマスタ側
光コネクタと、各々の結合端面がアレイ状に配置された
複数のn側光コネクタとを有している。平行駆動手段は
マスタ側光ファイバを結合端面に沿って平行移動させ、
回転駆動手段はこの平行移動と共にマスタ側光ファイバ
をその光軸を中心として回転させる。マスタ側光ファイ
バは結合手段によってセンシング用光ファイバに結合さ
れ、このセンシング用光ファイバにはセンシング光源か
らセンシング光が入射される。マスタ側光ファイバから
n側光ファイバに入射された後に反射され、当該マスタ
側光ファイバを経由して戻ってくるモニタ光はモニタ光
検出手段によて検出される。演算手段は、回転駆動手段
による回転運動の位相と、モニタ光検出手段による検出
光量の変動の位相に基づき、マスタ側光ファイバの回転
中心位置とこれに光結合すべきn側光ファイバの中心位
置との間の偏位方向を算出する。制御手段はこの偏位方
向と反対方向にマスタ側光ファイバが移動するよう平行
駆動手段を制御する。
チ装置の光切換部近傍を示しており、図10はその断面
図であり、図11は一部を破断した斜視図である。
Y軸粗動ステージ22が取り付けられ、下部ベース板4
3にはn側光コネクタ4が取り付けられている。そし
て、図10および図11に示すように、微動チューブ1
の上端部はチューブ支持アーム23によって固定ステー
ジ20に固定され、その上方においてマスタ側光ファイ
バ31はファイバ支持アーム24によって固定ステージ
20に固定されている。
駆動回路からパルス信号が与えられることによりX軸方
向に粗動し、Y軸粗動ステージ22は同じく図示しない
Y軸粗駆動回路からパルス信号が与えられることにより
Y軸方向に粗動する。これによって、CPUからの光結
合切換指令に従って、マスタ側光ファイバ31に光結合
されるn側光コネクタ4のn側光ファイバ41が切り換
えられる。なお、X軸粗動ステージ21とY軸粗動ステ
ージ22はステッピングモータにより構成され、与えら
れたパルス信号のパルス数に応じた量だけステップ移動
する。
なり、この素子に電圧が印加されると圧電材料層に引っ
張りあるいは圧縮歪みが生じる。このため、微動チュー
ブ1の先端部は、圧電素子への電圧印加が制御されるこ
とによって水平に微動あるいは回転運動し、マスタ側光
ファイバ31の先端もこの運動に従った動きをする。
とこれに対向するn側光ファイバ41の中心との間の偏
位方向と、その偏位量の算出原理を説明する。図12
(a)において、実線の円はマスタ側光ファイバ31の
コアを示し、点線の円はn側光ファイバ41のコアを示
している。いま、マスタ側光ファイバ31の回転中心
(図中の白丸印)はn側光ファイバ41の中心(図中の
クロス印)から、マイナスx方向に一定量だけ偏位して
いると仮定する。すると、回転中のマスタ側光ファイバ
31のコアの位置は、図中の丸印1から丸印5のように
変化し、このため、マスタ側光ファイバ31とn側光フ
ァイバ41の光結合率は回転位相に応じて変化する。
ンシング光が出射されており、このセンシング光は上記
の光結合率に応じた割合でn側光ファイバ41に入射
し、内部で反射されて戻ってくる。戻ってきたモニタ光
は、マスタ側光ファイバ31に再び入射されて光検出器
によって検出されるが、この検出光量の変動は、上記の
マスタ側光ファイバ31とn側光ファイバ41の光結合
率の変動に対応している。従って、マスタ側光ファイバ
31の回転運動の位相と、光検出器による検出光量の変
動の位相とから、マスタ側光ファイバ31の回転中心の
偏位方向が求まる。一方、マスタ側光ファイバ31の回
転中心位置とn側光ファイバ41の中心位置の間の偏位
量は、光検出器による検出光量の変動の大小(振幅)に
より判断できる。CPUは偏位方向の修正方向に微動チ
ューブ1の先端を求めた偏位量だけ微動し、マスタ側光
ファイバ31とn側光ファイバ41との調芯を行う。
側光ファイバ41の整列状態は、次の本実施例によって
検査される。
イバ整列状態検査装置の全体構成を示す斜視図であり、
図2はその機能構成を示すブロック図である。
上で回転可能な回転ステージ51上にセットされ、この
回転ステージ51はY方向にリニア駆動されるY軸ステ
ージ52上に取り付けられ、Y軸ステージ52はY方向
と直交するX方向にリニア駆動されるX軸ステージ53
上に取り付けられている。光コネクタ4の上方には対物
レンズ61を取り付けた顕微鏡62がセットされ、この
顕微鏡62にはCCDカメラ63がマウントされてい
る。さらに、顕微鏡62の側方には反射型AF(オート
フォーカス)装置64が取り付けられ、これらは垂直方
向(Z方向)に可動なZ軸ステージ54に取り付けられ
ている。
2、X軸ステージ53およびZ軸ステージ54の平行移
動する側面にはリニアスケールに代表される測長器が備
えられ、この動きをセンサ71〜74で検出して、移動
量に応じたパルスを出力するようになっている。また、
光源40が別途に設けられ、ここからの照明光が光ファ
イバ41を介して光コネクタ4に送られるようになって
いる。
転駆動機構81により、Y軸ステージ52はY軸駆動機
構82により、X軸ステージ53はX軸駆動機構83に
より、Z軸ステージ54はZ軸駆動機構84により可動
となっており、これら駆動機構81〜84はステッピン
グモータなどで構成され、それぞれステージドライバ8
5によりコントロールされる。また、センサ71〜74
の出力パルスはカウンタ75により計数され、移動量が
モニタされる。なお、回転ステージ51は本実施例にお
いては通常は固定状態で使用される。しかしながら、光
コネクタ4がXおよびY軸に対し大きく傾いている場合
等、必要があれば駆動して使用することもできる。
画像処理装置91に送られ、輪郭検出や中心位置演算が
なされると共に、画像AF装置92にも送られて焦点合
わせに供される。この画像処理装置91および画像AF
装置92の出力はCPU93に送られ、CRT94で適
宜表示される。なお、CPU93は反射型AF装置64
およびステージドライバ85をコントロールすると共
に、光源ドライバ44を介して光ファイバ41照明用の
光源40をコントロールしている。
態を示している。多数のファイバ穴5がアレイ状に形成
され、各ファイバ穴5には光ファイバ41が挿入されて
おり、各光ファイバ41はX方向、Y方向に整列した状
態で固定配置されている。これら各光ファイバ41の一
方の端面は、光コネクタ4の前端部の同一平面において
ファイバ穴5の開口から露出している。光源40からの
照明光はこの光ファイバ41の他方の端面からレンズ
(図示せず)を介して入射される。
示している。これは、臨界角法による合焦検出装置であ
り、被測定面(光コネクタ4の前端面)に垂直方向(光
ファイバ41に対し同軸方向)から光が入射される。光
源641からの測定光はコリメートレンズ642によっ
て平行光とされ、偏光ビームスプリッタ643に入射さ
れ、直角方向に反射される。反射光は1/4波長板64
4を通ることによって偏波面が45°回転され、集光
(または対物)レンズ645により集束される。
点位置にあるとき(実線の状態)は、反射光は同一の光
路を通って集光レンズ645で再び平行光とされ、1/
4波長板644を通って偏波面がさらに45°回転され
る。これにより、反射光は偏光ビームスプリッタ643
に対して偏波面が直交することになるので、偏光ビーム
スプリッタ643をそのまま通過して臨界角プリズム6
46に入射する。ここで、臨界角プリズム646は図中
の角度θが臨界角となっているので、入射光は全反射す
ることになり、反射光は2分割センサ647に入射され
る。したがって、2分割センサ647の双方の受光面に
等しく光が入射され、被測定面が合焦位置にあることが
わかる。
に反射型AF装置64から離れたときには、集光レンズ
645を通った後の反射光は集束光となり、この状態で
臨界角プリズム646に入射される。すると、臨界角プ
リズム646の反射面への入射光の入射角度は、片側で
は臨界角θ以上となり、反対側ではθ以下となるので、
臨界角θ以下の光のみが反射されて2分割センサ647
に検出される。このため、2分割センサ647の双方の
受光面での検出レベルを比較すれば、被測定面が離れた
ことが判明する。逆に、被測定面が焦点位置よりも接近
したときは、2分割センサ647の出力比は逆になるの
で、接近したことがわかる。これにより合焦検出が可能
となる。
に、光ファイバ41への光源40からの光の入射と同軸
方向から、合焦操作用の測定光を光コネクタ4の前端面
にある光ファイバ41の端面に照射するものであるが、
この構成を採用するために、光路上には波長選択性のビ
ームスプリッタ640が設けられている。すなわち、ビ
ームスプリッタ640については、光源40からの白色
光(実線)を透過し、反射型AF装置64の光源641
からの赤外光(例えば波長830nm)は反射するよう
に構成する。これにより、CCDカメラ63による撮像
と反射型AF装置64による合焦操作が同時に実行でき
る。
648から光を斜軸方向に入射し、反射光をカメラ64
9で撮像して合焦検出してもよい。すなわち、本発明で
は図4のような臨界角法のみならず、他の方式による合
焦検出、たとえばナイフエッジ法や非点収差法を用いる
ことも可能である。
光源40の発光波長については、特に制限はないが、光
ファイバ41のカットオフ波長より長い波長の光である
ことが望ましい。すなわち、図6に示すように、カット
オフ波長より長いとシングルモードとなり、光ファイバ
41からの出射光の強度分布はガウス分布(同図
(a))となるので、光ファイバ41のコア中心位置が
正確に求まる。これに対し、カットオフ波長より短いと
同図(b)のマルチモード型の光強度分布となる。しか
し、この場合であっても、反射型AF装置64を用いて
正確に合焦させることにより、正確なコア中心の測定が
可能になる。
端面画像のエッジ検出は、図7(a)のように、端面の
パターンの輝度変化をX,Y方向で調べて変化点すなわ
ちエッジを求め、このエッジの組み合わせから円のパタ
ーンを検出してもよいが、図7(b),(c)に示すよ
うにメモリ一括方式によって行なってもよい。すなわ
ち、光ファイバ41からの出射光を複数の撮像範囲に別
けてCCDカメラ63で撮像し、画像処理装置91に内
蔵されたフレームメモリに格納する。そして、図7
(c)のようにエッジに対応するアドレスから、最小二
乗法により円の方程式を計算する。これにより、円の中
心すなわち光ファイバ41のコア中心位置の座標が求ま
る。
ァイバ整列状態の検査方法を説明する。図8はそのフロ
ーチャートである。まず、図1のように光コネクタ4を
回転ステージ51の上面にセットし(ステップ100
1)、Y軸ステージ52およびX軸ステージ53を駆動
して光ファイバ41に顕微鏡62を位置合わせし、反射
型AF装置64とZ軸ステージ54により合焦操作を行
なう(ステップ1002)。次に、光源40を点灯して
照明光を光ファイバ41に投光し、CCDカメラ63に
より出射光の撮像を行なう(ステップ1003)。撮像
データが得られたら、これを画像処理装置91のフレー
ムメモリに格納する。上記の操作は全ての光ファイバ4
1に対して行ない(ステップ1004)、終了したら各
々の光ファイバ41のコア中心位置の計算を行なう(ス
テップ1005)。この場合の輪郭のパターン検出は、
図7(b),(c)に示した手法により行なう。
作で光ファイバ41のコア中心の実測位置が求まった
ら、求めた中心位置のうち、X方向(行方向)に配置さ
れた各光ファイバ41の中心位置の平均位置、およびY
方向(列方向)に配置された各光ファイバ41の中心位
置の平均位置を、各行および各列毎に求める(ステップ
1006)。次に、各行および各列毎に各中心位置の平
均位置に対する各光ファイバ41中心位置のバラツキを
標準偏差として求める(ステップ1007)。すなわ
ち、以下のように求める。
た正面図であり、同図(b)はこの正面図において各光
ファイバ41の中心位置の実測位置を一部拡大して示し
たものである。X方向およびY方向における中心位置の
各平均位置は、各方向ごとの実測値の和を位置数で割る
ことにより求まり、一点鎖線で示される。次に、これら
各平均位置と実測位置との差△x,△yを求め、この差
から各行および各列毎に中心位置の標準偏差σを求め
る。
値とこの標準偏差σとを各行、各列毎に比較する(ステ
ップ1008)。この比較の結果、実測値が平均位置を
中心とする標準偏差以内に入っていれば、その光ファイ
バ41の整列状態は良好であると判定される(ステップ
1009)。一方、実測値が平均位置を中心とする標準
偏差から外れている場合は、その光ファイバの整列状態
は良くないものと判定される(ステップ1010)。
バ41の整列状態が以上のように検査されることによ
り、1:n光スイッチにおける光切換時の調芯操作は誤
ることなく正確に行われる。
ピン穴の絶対位置を基準にすることなく、光導波路また
は光ファイバ相互の相対位置に基づき、光導波路または
光ファイバ中心位置の偏心状態を評価することが可能に
なる。従って、本発明によれば、従来の技術によっては
検査することができない多心光コネクタであっても、光
導波路整列状態を検査することが可能になる。また、本
発明により検査された光導波路は中心位置の偏心状態が
把握されているため、常に低損失で安定した製品が市場
に供給される。
れる装置の斜視図である。
れる装置のブロック図である。
すフローチャートである。
す光コネクタの図である。
要部構成を示す断面図である。
要部構成を示す斜視図である。
る。
…回転ステージ、52…Y軸ステージ、53…X軸ステ
ージ、54…Z軸ステージ、61…対物レンズ、62…
顕微鏡、63…CCDカメラ、64…反射型AF装置、
81…回転駆動機構、82…Y軸駆動機構、83…X軸
駆動機構、84…Z軸駆動機構、85…ステージドライ
バ、91…画像処理装置、92…画像AF装置、93…
CPU、94…CRT、641…光源、642…集光レ
ンズ、643…偏光ビームスプリッタ、644…1/4
波長板、645…集光レンズ、646…臨界角プリズ
ム、647…2分割センサ、640…ビームスプリッ
タ。
Claims (6)
- 【請求項1】 一方の各端面が略同一平面において行お
よび列に整列して固定配置された複数のn側光導波路ま
たは光ファイバを有し、前記各端面に選択的に光結合す
るマスタ側光導波路または光ファイバに組み合わされて
光スイッチを構成する光コネクタを用意する第1ステッ
プと、 前記n側光導波路または光ファイバの他方の端面側から
照明光を入射し、略同一平面に整列配置された前記一方
の端面側で出射光を撮像することにより、整列配置され
た前記n側光導波路または光ファイバ各端面の中心位置
を求める第2ステップと、 この第2ステップで求めた中心位置のうち、行方向に配
置された前記n側光導波路または光ファイバ各端面の中
心位置の平均位置および列方向に配置された前記n側光
導波路または光ファイバ各端面の中心位置の平均位置を
各行および各列毎に求める第3ステップと、 この第3ステップで求めた端面の中心位置の各平均位置
から所定の範囲を越える位置に端面の中心が位置するn
側光導波路または光ファイバを不良と判定する第4ステ
ップとを備えた光導波路の整列状態検査方法。 - 【請求項2】 第4ステップにおいて、端面の中心位置
の平均位置から標準偏差の範囲を越える位置に端面の中
心が位置するn側光導波路または光ファイバを不良と判
定することを特徴とする請求項1記載の光導波路の整列
状態検査方法。 - 【請求項3】 第2ステップにおいて、n側光導波路ま
たは光ファイバに入射する照明光の波長を、当該n側光
導波路または光ファイバのカットオフ波長よりも長い波
長とすることを特徴とする請求項1または請求項2記載
の光導波路の整列状態検査方法。 - 【請求項4】 第2ステップにおいて、n側光導波路ま
たは光ファイバからの出射光を撮像するための焦点合わ
せは、前記n側光導波路または光ファイバの端面に同軸
または斜軸方向から投光して反射光を検出することによ
り行なうことを特徴とする請求項1または2記載の光導
波路の整列状態検査方法。 - 【請求項5】 第2ステップにおいて、n側光導波路ま
たは光ファイバ各端面の中心位置は、当該n側光導波路
または光ファイバからの出射光の撮像データを一括して
メモリに保存し、保存の後に撮像画面の明暗の境界を検
出することにより求めることを特徴とする請求項1また
は2記載の光導波路の整列状態検査方法。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれか1項に
記載した光導波路の整列状態検査方法で検査した光導波
路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04294456A JP3078133B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 光導波路の整列状態検査方法および光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04294456A JP3078133B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 光導波路の整列状態検査方法および光導波路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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