JP5600558B2 - 光ファイバコネクタの端面観察装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの端部を保持して、他の光学機器に接続するための光ファイバコネクタの端面の汚れや傷の状態を把握するための端面観察装置において、その汚れや傷などに対する修復結果を、画像だけでなく定量的に判定できるようにして作業効率を向上させるための技術に関する。

光を用いた通信システムや計測システムでは、光の伝搬媒質として光ファイバを用いており、その光ファイバの接続を容易にするために光ファイバコネクタが用いられている。

光ファイバの端部に用いられる一般的な光ファイバコネクタは、円柱状あるいは角柱状に形成された保持部の中心部を長さ方向に貫通する穴に光ファイバを挿通させ、その端面が保持部の一端面から僅かに突出する状態で保持している。

そして、この光ファイバコネクタを、その保持部に対応した内径の受け入れ穴を有する筒状のコネクタ受けに所定深さに差し込んだ状態で、コネクタ受け側から光ファイバの端面への光の入射あるいは光ファイバの端面から出射された光をコネクタ受け側に入射させる。

このように光ファイバをコネクタを介して接続する方式は、ファイバ着脱などが容易ではあるが、着脱の際に光ファイバコネクタの端面に汚れが付着したり、傷が付いて、光ファイバに入射する光の強度や光ファイバから出射される光の強度が低下する。このファイバコネクタ端面の汚れや傷による光レベルの低下は、システムの不具合原因の最も大きな割合を占めている。

このため、システムの重要なメンテンナンス項目として、光ファイバコネクタの端面の汚れや傷の状態を確認してクリーニング処理（清掃だけでなく傷の修復も含む）を行うことが必須となり、そのためにこの端面の状態を目視する必要があるが、このコネクタ端面はとても小さいので肉眼や拡大鏡程度ではその端面の状態を正しく把握することは困難である。

このような目的で従来から端面観察装置が用いられている。
端面観察装置は、光ファイバの端部を保持している光ファイバコネクタを、コネクタ受けに挿入させた状態で、その光ファイバコネクタの端面中央部に可視光を照明用の光として照射し、その反射光をＣＣＤやＣＭＯＳ型の撮像センサに入射させ、その画像情報を検出し、検出した画像を表示器に拡大表示している。

このような端面観察装置に表示される画像から、光ファイバコネクタの端面の汚れや傷の状態を確認でき、クリーニングを効率的に行うことができる。

なお、上記したように、光ファイバコネクタの端面の画像情報を検出して表示する技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００３−１１４１６７号公報

しかしながら、上記のような従来の端面観察装置では、光ファイバコネクタの端面画像は確認できても、実際のクリーニング作業による効果を定量的に知ることができないので、画像では綺麗に見えても実際には容認できないロスが発生している場合がしばしば起こる。

このため、実際の現場では、上記端面観察装置による画像確認の他に、通信光に対する光パワー測定を行う必要があり、作業者は、光ファイバを端面観察装置に接続してその画像を確認し、画像上で傷や汚れがなくなるまでクリーニング処理を行い、その後に、光ファイバコネクタを光パワー測定器に接続して、通信光のパワーを計測し、許容レベルにあるか否かを判断し、許容レベルになければ、より入念なクリーニング処理を行うという作業を行っており、二つの機器に対して光ファイバコネクタを差し替えつつ作業を行うという非常に煩雑な作業が要求され、作業効率が非常に低いという問題があった。

本発明は、この問題を解決して、光ファイバコネクタの端面のクリーニング処理を容易に行える端面観察装置および方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光ファイバコネクタの端面観察装置は、
光ファイバの一端側を保持する光ファイバコネクタを、その端面側から受け入れるコネクタ受け（２４）と、
可視光を出射する光源（２５）と、
光を受けてその画像情報を電気信号に変換する撮像素子（２６）と、
表示部（２２）と、
前記撮像素子の出力を受けて画像情報として前記表示部に表示する画像表示手段（３１）と、
光を受けてその強度に応じた電気信号を出力する受光器（２７）と、
前記受光器の出力信号を受けて該受光器に入射された光の強度を検出し、強度情報として前記表示部に表示する強度表示手段（３２）と、
前記画像情報と前記強度情報とを記憶する測定履歴記憶手段と、
前記コネクタ受けに受け入れられた前記光ファイバコネクタの端面に前記光源から出射された可視光を照射させる光路、該照射された可視光に対する反射光を前記撮像素子に入射させる光路および前記光ファイバを伝送して前記コネクタ受けに受け入れられた前記光ファイバコネクタの端面から出射された光を前記受光器に入射させる光路を形成する光学系（４０）とを備え、
前記表示部には、前記画像情報とともに強度値の測定履歴がわかるグラフ表示を含んだ前記強度情報が表示される。

また、本発明の請求項２の光ファイバコネクタの端面観察装置は、請求項１記載の光ファイバコネクタの端面観察装置において、
前記光学系には、前記可視光の波長領域と前記光ファイバを伝送して前記光ファイバコネクタの端面から出射された光の波長領域の違いにより異なる方向へ光を案内する波長選択性光学素子（４３）が含まれていることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバコネクタの端面観察方法は、
観察対象の光ファイバコネクタの端面に可視光を照射し、その反射光を撮像素子に入射させて光ファイバコネクタの端面に露出している光ファイバの端面を含む画像情報を取得するとともに、前記可視光より長い波長をもって前記光ファイバを伝送し前記光ファイバコネクタの端面から出射される光を受光器に入射させて、その強度情報を取得する段階（Ｓ３）と、
前記取得した画像情報と前記取得した強度情報とを記憶する段階と、
前記画像情報と測定履歴がわかるグラフ表示を含む前記強度情報を表示する段階（Ｓ４）と、
前記画像情報と前記強度情報に基づいて前記光ファイバの端面に対するクリーニングの要否を判定する段階（Ｓ５）とを含んでいる。

このように、本発明の光ファイバコネクタの端面観察装置および方法は、観察対象の光ファイバコネクタの端面に可視光を照射してその反射光を撮像素子に入射させて光ファイバの端面の画像情報を取得するとともに、その光ファイバから出射された通信光や測定用の光の強度情報を取得して、これらを表示する機能を有しているので、作業者は、クリーニングの前と後の端面の状態と、光ファイバの出射光強度を増減変化を同時に確認することができ、クリーニング処理を無駄なく短期間に行うことができ、作業効率が飛躍的に向上する。

本発明の実施形態の構成を示す図 実施形態の装置の概略の外観図 光ファイバコネクタとコネクタ受けの構造例を示す拡大断面図 実施形態の装置による端面観察方法の手順を示すフローチャート 実施形態の表示画像の一例を示す図 クリーニングの要否判定を行う信号処理部の構成例を示す図 光学系を含めた変形例を示す図 光学系を含めた変形例を示す図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光ファイバコネクタの端面観察装置２０の構成を示し、図２は、概略の外観を示している。

この端面観察装置２０は、図２に示しているように、作業者が手に持って操作できる大きさの筐体２１の外表部に、表示器２２、キーやつまみ等などの操作部２３およびコネクタ受け２４が設けられている。

コネクタ受け２４は、光ファイバ１の一端側を保持する光ファイバコネクタ１０を、その端面側から受け入れるためのものである。

ここで、光ファイバコネクタ１０は、例えば図３に示すように、円柱部１１と、その円柱部１１の後端に同心で且つより大径に形成されたフランジ１２が設けられており、円柱部１１およびフランジ１２の中心部を長さ方向に貫通する穴１３に、光ファイバ１の一端側が挿通され、その先端１ａが、光ファイバコネクタ１０の端面（円柱部１１の端面１０ａ）の中央に露出した状態で抜け止め加工されている。

この光ファイバコネクタ１０を受け入れるコネクタ受け２４は円筒状で、内側の円柱穴２４ａの内部に、光ファイバコネクタ１０の円柱部１１を、径方向に隙間がなく、且つ、端面２４ｂと光ファイバコネクタ１０のフランジ１２とが当接する深さまで受入れる。なお、図３において、符号２４ｃは、装置内部へのゴミ等の異物の侵入を阻止する透光性のカバーである。

図１に示しているように、装置内部には、可視光を出射する光源２５、撮像素子２６、受光器２７、信号処理部３０および光学系４０が設けられている。

光源２５は、可視光、即ち、およそ波長３８０〜７５０ｎｍの範囲の光を出射するものであり、例えば青（波長４５０〜４９５ｎｍ）、緑（波長４９５〜５７０ｎｍ）、黄色５７０〜５９０ｎｍ）、オレンジ（５９０〜６２０ｎｍ）、赤（波長６２０〜７５０）等の光を出射するＬＥＤを用いることができる。

撮像素子２６は、光を受けてその画像情報を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ型の素子であり、その電気信号を信号処理部３０に出力する。

受光器２７は、フォトダイオード等で構成され、入射光の強度に応じて大きさが変化する電気信号を信号処理部３０に出力する。なお、ここでは受光器２７として、可視光には応答せず、それより長い波長の１５５０ｎｍ近傍の光に対して応答を示す素子が用いられている。

信号処理部３０には、撮像素子２６の出力を受けて画像を表示器２２に表示する画像表示手段３１と、受光器２７の出力信号を受けて受光器２７に入射された光の強度を検出し、表示器２２に表示する強度表示手段３２が設けられている。

光学系４０は、コネクタ受け２４に受け入れられた光ファイバコネクタ１０の端面に光源２５から出射された可視光Ｐａを照射させる光路、その照射された可視光Ｐａに対する反射光Ｐｒを撮像素子２６に入射させる光路、およびコネクタ受け２４に受け入れられた光ファイバコネクタ１０の端面の光ファイバ１から出射された光Ｐｓを受光器２７に入射させる光路を形成するためのものであり、種々の構成が可能である。

図１に示している光学系４０は、受光器２７と光ファイバコネクタ１０の端面とが正対し（互いの光軸が一致する）、その間の光路に対して、撮像素子２６の光軸が直交し、その撮像素子２６の光軸に対して、光源２５の出射光軸が、受光器２７と同じ側から直交する配置に対して、上記光路を形成するものである。

即ち、光源２５から出射された可視光Ｐａを、凸型のレンズ４１により平行光にし、ハーフミラー４２に対して４５度の角度で入射させ、その反射光を、ハーフミラー４２と平行に対向するダイロックミラー４３に４５度の角度で入射する。

ダイロックミラー４３は、可視光Ｐａの波長領域（後述の反射光Ｐｒも含まれる）と光ファイバ１の出射光の波長領域の違いにより異なる方向へ光を案内する波長選択性光学素子であり、入射する光の波長領域に応じて反射率と透過率が変化する。ここでは、可視光Ｐａを含む可視光波長領域に対しては高い反射率を示し、より長い波長領域（光ファイバを伝送される通信光波長１５５０ｎｍを含む領域）の光に対しては、高い透過率を示すものが用いられている。

したがって、ハーフミラー４２からダイロックミラー４３に入射した可視光Ｐａは、そその入射方向と直交する方向へ反射され、凸型のレンズ４４により集光され、コネクタ受け２４に差し込まれた光ファイバコネクタ１０の端面を照射する。

そして、その可視光Ｐａに対する光ファイバコネクタ１０の端面からの反射光Ｐｒが、レンズ４４により平行光に変換されて、ダイロックミラー４３に入射して、ハーフミラー４２に戻り、その一部がハーフミラー４２を透過する。

ハーフミラーを透過した反射光Ｐｒ′は、凸型のレンズ４５と凹型のレンズ４６により所定倍率（例えば４００倍）に拡大されて、ピント調整用の凸型のレンズ４７を介して撮像素子２６に入射される。ピント調整用のレンズ４７の駆動は、操作部２３の操作によって行えるようになっている。また、このピント調整を、カメラ等に用いられている自動ピント合わせ装置により自動的に行うようにしてもよい。

このように、光源２５からコネクタ受け２４に装着された光ファイバコネクタ１０の端面に至る光路および光ファイバコネクタ１０の端面から撮像素子２６に至る光路が形成さているので、コネクタ受け２４に装着された光ファイバコネクタ１０の端面の画像情報を信号処理部３０に入力させることができる。

信号処理部３０の画像表示手段３１は、撮像素子２６の出力を受けて光ファイバコネクタ１０の端面の画像を表示器２２に表示する。

一方、光ファイバコネクタ１０の端面の光ファイバ１から出射された光（通信光や測定用の光）Ｐｓは、レンズ４４により平行光に変換され、ダイロックミラー４３に入射される。

前記したようにダイロックミラー４３は、光ファイバ１から出射された長波長（１５５０ｎｍ）の光に対して高い透過率を示すので、この光Ｐｓはダイロックミラー４３を透過し、凸型のレンズ４８によって集光されて受光器２７に入射される。

受光器２７からは、入射した光Ｐｓの強度に対応した大きさの電気の信号Ｖｓが出力され、信号処理部３０の強度表示手段３２に入力される。

強度表示手段３２は、内部で信号ＶｓをＡ／Ｄ変換処理によりデジタル値に変換し、一定時間ごとの平均値を求めて図示しないメモリに記憶しつつ、その値を表示器２２に数値あるいはグラフで表示する。

図４は、上記構成の端面観察装置２０を用いて光ファイバコネクタ１０の端面のメンテナンスを行う手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて実施形態の端面観察装置２０の動作を説明する。

始めに、観察対象の光ファイバコネクタ１０をコネクタ受け２４に接続し、操作部２３により観測指示の操作を行う（Ｓ１、Ｓ２）。

この操作により、光ファイバコネクタ１０の端面中央部（光ファイバ１の端面部が含まれる）の画像情報が取得されるとともに、光ファイバ１から入射した通信用または測定用の光Ｐｓの強度情報が取得されて、表示器２２に表示される（Ｓ３、Ｓ４）。

即ち、観測指示を受けて、光源２５から可視光Ｐａが出射され、レンズ４１、ハーフミラー４２、ダイロックミラー４３、レンズ４４を介して、コネクタ受け２４に装着された光ファイバコネクタ１０の端面中央部を照射し、その反射光Ｐｒが、レンズ４４、ダイロックミラー４３、ハーフミラー４２、レンズ４５〜４７を介して撮像素子２６に入射され、その出力を受けた画像表示手段３１により、光ファイバコネクタ１０の端面中央部の光ファイバ１の端面を含む画像情報が取得されて、表示器２２に例えば図５のように表示される。

また、一方で、光ファイバコネクタ１０に保持されている光ファイバ１に通信用や測定用（メンテナンス用）の光Ｐｓが送られてきているものとし、その光Ｐｓが、光ファイバコネクタ１０の端面１０ａから出射され、レンズ４４、ダイロックミラー４３、レンズ４８を介して受光器２７に入射され、その強度に応じたレベルの信号が強度表示手段３２に入力されて強度情報が取得され、その強度情報が例えば図５のように端面画像と同一画面上に数値（この例では１５としている）と、棒グラフで表示される。なお、この数値は、予め出射光強度が既知の光を入射して得られた信号レベルと既知強度との対応関係に基づいて求められた光のパワー（単位をｄＢｍ）とするが、想定される最大パワーに対する百分率等であってもよい。

次に、取得された端面の画像情報と光ファイバ１から入射した光の強度情報とに基づいて、クリーニングの要否を判定する（Ｓ５）。

このクリーニングの要否の判定は、光ファイバ１の端面画像と光ファイバ１からの入射光Ｐｓの強度情報を確認した作業者が行う場合と、装置側で端面画像の汚れや傷の程度を判定する場合と、その両方を組合せて行う場合とがある。

作業者が行う場合、端面画像の状態と強度の情報とを見て、例えば、画像の光ファイバ１の端面（中心のコア部と外周のクラッド部）の濃度が一様で、強度が許容値以上であれば、クリーニング不要と判定する。また、画像の光ファイバ１の端面の濃度が一様でなく、濃淡が確認できる場合、または、強度が許容値より低い場合には、クリーニングが必要と判定する。

装置側で判定を行う場合には、図６に示すように、信号処理部３０の内部において、端面の画像情報から光ファイバ１の端面の画像情報を抽出し、その光ファイバ１の端面領域全体を細かく分けてそれぞれを要素領域とし、各要素領域の明暗をしきい値と比較して、例えばしきい値より暗い要素領域に１、明るい要素領域に０を割り当てて２値化する（２値パターン化手段３３）。ここでしきい値としては、傷や汚れがないことが確認されている光ファイバの端面の平均的な明るさの例えば１／２等を用いる。

そして、各要素領域に１または０を割り当てて２値化したパターン情報を解析して、光ファイバ１の端面の全体的な汚れ、局所的な汚れや傷の有無を判定する（端面状態判定手段３４）とともに、強度情報に対しても許容値との比較判定を行い（強度判定手段３５）、その両方の判定結果に基づいてクリーニングの要否を決定し、その結果を表示器２２に表示して、作業者に通知する（クリーニング要否決定手段３６）。

このように、作業者による判定や装置側による判定が行われた後、クリーニングが必要と判定した場合には、光ファイバコネクタ１０をコネクタ受け２４から外して、クリーニング処理を行い（Ｓ６）、そのクリーニング処理の後に処理Ｓ１に戻って再びコネクタ受け２４に差し込んで、上記同様の処理を行う。

このような作業を繰り返すことで、表示器２２には、現在観測している光ファイバコネクタ１０についての強度情報の履歴がわかるようにグラフ表示されるので、クリーニングによる端面画像の変化とともに、そのクリーニングによる端面損失の低下度合も把握することができる。つまり、前のクリーニング処理でどの程度端面損失が低減されたかが定量的にわかるので、次のクリーニング処理をどの程度行えば良いかも容易に把握でき、効率的な作業が行える。

そして、上記処理をクリーニング不要と判定するまで行い、操作部２３により終了指示の操作を行えば、この観察対象の光ファイバコネクタ１０について得られた画像情報や強度情報が日時情報等とともに測定履歴記憶用の不揮発性メモリに記憶されて、一つの光ファイバコネクタ１０の観測処理が終了する（Ｓ７）。なお、この記憶された画像情報や強度情報は、読み出して表示させることができるようになっている。

このように、実施形態の端面観察装置２０は、コネクタ受け２４に装着された観察対象の光ファイバコネクタ１０の端面の画像情報とともに、その光ファイバコネクタ１０に保持された光ファイバ１から入射する光Ｐｓの強度情報を取得して、それらを表示するので、作業者はいちいち観察対象の光ファイバコネクタを他装置に差し替える作業をしなくても、クリーニング処理による成果を画像情報だけでなく定量的に把握することができ、クリーニング処理を極めて効率的に行うことができる。

なお、本発明の光学系は、上記実施例形態の構成に限定されない。
例えば、図７の光学系４０′のように、ダイロックミラーの代わりにハーフミラー４９を用いてもよい。この場合、可視光Ｐａ、反射光Ｐｒ、光ファイバ１からの入射光Ｐｓに対するハーフミラー４９のロス分が増加するが、予めそのロス分を見込んで、可視光のパワーや撮像素子２６、受光器２７の利得等を高くしておけばよい。

また、ダイロックミラーの代わりにハーフミラー４９を用いる場合には、図８に示すように、光源２５と受光器２７の位置を入れ替えることもできる。

なお、上記のようにダイロックミラーの代わりにハーフミラー４９を用いた場合、光ファイバ１からの入射光Ｐｓが、受光器２７への入射レベルとほぼ等しいあるいはその１／２程度のレベルで撮像素子２６にも入射されるとともに、可視光に対する反射光Ｐｒが、撮像素子２６への入射レベルとほぼ等しいあるいはその１／２程度のレベルで受光器２７に入射されるが、撮像素子２６として可視光領域には高い感度をもち、入射光Ｐｓの波長領域（１５５０ｎｍ近傍）に対する感度が極めて低いものを用い、受光器２７として入射光Ｐｓの波長領域に対して高い感度を持ち、可視光領域に対する感度が極めて低いものを用いれば問題ない。

また、上記実施形態では、光ファイバ１から入射した光Ｐｓを受光器２７に入射してその光全体の強度を検出して表示していたが、受光器２７の前段に可変波長型のフィルタ（キャビティ方式や回折格子の分光作用を用いたもののいずれでもよい）を設け、通信光や測定光等が含まれる波長領域を掃引して、波長毎の強度（つまりスペクトラム）を求めて、そのスペクトラム特性を表示器２２に表示することもできる。

１……光ファイバ、１０……光ファイバコネクタ、２０……端面観察装置、２１……筐体、２２……表示器、２３……操作部、２４……コネクタ受け、２５……光源、２６……撮像素子、２７……受光器、３０……信号処理部、３１……画像表示手段、３２……強度表示手段、３３……２値パターン化手段、３４……端面状態判定手段、３５……強度判定手段、３５、３６……クリーニング要否決定手段、４０……光学系、４１、４４、４５〜４７……レンズ、４２、４９……ハーフミラー、４３……ダイロックミラー

Claims (3)

1. 光ファイバの一端側を保持する光ファイバコネクタを、その端面側から受け入れるコネクタ受け（２４）と、
   可視光を出射する光源（２５）と、
   光を受けてその画像情報を電気信号に変換する撮像素子（２６）と、
   表示部（２２）と、
   前記撮像素子の出力を受けて画像情報として前記表示部に表示する画像表示手段（３１）と、
   光を受けてその強度に応じた電気信号を出力する受光器（２７）と、
   前記受光器の出力信号を受けて該受光器に入射された光の強度を検出し、強度情報として前記表示部に表示する強度表示手段（３２）と、
   前記画像情報と前記強度情報とを記憶する測定履歴記憶手段と、
   前記コネクタ受けに受け入れられた前記光ファイバコネクタの端面に前記光源から出射された可視光を照射させる光路、該照射された可視光に対する反射光を前記撮像素子に入射させる光路および前記光ファイバを伝送して前記コネクタ受けに受け入れられた前記光ファイバコネクタの端面から出射された光を前記受光器に入射させる光路を形成する光学系（４０）とを備え、
   前記表示部には、前記画像情報とともに強度値の測定履歴がわかるグラフ表示を含んだ前記強度情報が表示される光ファイバコネクタの端面観察装置。
2. 前記光学系には、前記可視光の波長領域と前記光ファイバを伝送して前記光ファイバコネクタの端面から出射された光の波長領域の違いにより異なる方向へ光を案内する波長選択性光学素子（４３）が含まれていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコネクタの端面観察装置。
3. 観察対象の光ファイバコネクタの端面に可視光を照射し、その反射光を撮像素子に入射させて光ファイバコネクタの端面に露出している光ファイバの端面を含む画像情報を取得するとともに、前記可視光より長い波長をもって前記光ファイバを伝送し前記光ファイバコネクタの端面から出射される光を受光器に入射させて、その強度情報を取得する段階（Ｓ３）と、
   前記取得した画像情報と前記取得した強度情報とを記憶する段階と、
   前記画像情報と測定履歴がわかるグラフ表示を含む前記強度情報を表示する段階（Ｓ４）と、
   前記画像情報と前記強度情報に基づいて前記光ファイバの端面に対するクリーニングの要否を判定する段階（Ｓ５）とを含む光ファイバコネクタの端面観察方法。

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