JP3169027B2 - 光ファイバーの分光透過率測定装置 - Google Patents
光ファイバーの分光透過率測定装置Info
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- G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
- G01M11/35—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides in which light is transversely coupled into or out of the fibre or waveguide, e.g. using integrating spheres
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバーの分光透
過率を測定する装置に関する。
過率を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来光ファイバーの透過率を測定するた
めの専用の装置或は通常の分光光度計の付属装置として
標準化された装置は、特に市販されていなくて、ユーザ
が個別にメーカに特別注文して作らせるか、ユーザ自ら
が装置治具を工夫作製しているのが現状であり、光ファ
イバーの透過率測定方法にも決まったものがない。個人
的に使用されている光ファイバー透過率測定装置は、基
本的には図３或は図４に示すような構成である。一般に
透過率の測定は、試料なしのときの測定値を１００％と
して、試料を置いた時の測光値を求めるのであるが、図
３に示す従来例では分光光度計の分光部の出射光束Ｆ内
に被測定光ファイバー３のバンドル径よりも小さな径の
開口を持つマスクＭを挿入し、このマスクＭより相当距
離だけ離れた所に積分球２を置いて分光光度計の分光部
出射光を入射させるようにし、１００％透過率の測定の
場合、図３Ａのように上記マスクＭと積分球２との間に
は何も置かず測定し、次に測定時には、図３Ｂのよう
に、試料の光ファイバー３の光入射端を上記マスクＭに
近接させ、出射端を積分球２の光入射窓に近接させて被
測定光ファイバー３の透過率の測定を行う。マスクＭと
積分球２との間の距離としては、その間に被測定光ファ
イバー３を配置できるだけの距離をとっておく。図４の
従来例では１００％透過率測定時には同図Ａのように分
光光度計の分光部出射光束全部を直接積分球２に入射さ
せ、次に測定時には、同図Ｂのように、光ファイバー３
の光入射端に分光部出射光束全部をレンズＬ等で集光し
て入射させ、光ファイバー３の光出射端を積分球２の光
入射窓に近接配置して測定を行う。透過率測定に当たっ
ては、１００％透過率測定時に積分球２に入射する光束
と、試料のファイバー測定時に光ファイバー３に入射す
る光束とが同等であることが必要である。分光光度計を
用いる場合、通常試料は試料室に置くようになっている
が、光ファイバーの透過率測定に当たっては、光ファイ
バーを分光光度計の試料室内に入れてしまうことはでき
ないので、試料室から外へ光を導出し、試料室外に光フ
ァイバーを設置するようにしなければならない。この場
合、試料室外に導出される分光器出射光束は試料の光フ
ァイバーのバンドル径である１〜３ｍｍより大きくなっ
ている。図３，４の光束Ｆは、この光束を示している。
図３の例では、１００％透過率測定時に積分球２に入射
する光束と、試料測定時に光ファイバー３に入射する光
束を等しくするためにマスクＭを用い、図４の例では積
分球２には分光器出射光束を全部入射させる代わりに、
光ファイバー測定時には集光レンズＬを用いている。他
方図３の例では、分光器出射光束のうち一部しか測定に
利用されず、光量が少なくて測定のＳ／Ｎ比が悪い。ま
た、図４の例では、光の利用効率は良いが、試料測定時
のみレンズＬが挿入されるので、実際に測定されている
のは、レンズＬと試料の光ファイバー３とを合わせたも
のの透過率であって、測定精度が低くなると言う欠点が
ある。そこで、本発明者は特願平２ー２６２５７８号に
おいて、図５に示すように、試料測定時（Ａ）と１００
％設定時（Ｂ）の両方に集光レンズＬを挿入するように
して、試料測定時と１００％設定時における光学的差の
中に、レンズＬの透過率が含まれないようにし、且つ、
集光レンズＬを分光器出射光の光路上の２位置で交換設
置可能にし、試料測定時における光ファイバー３への入
射光量即ち積分球２への入射光量と、１００％設定時に
おける積分球２への入射光量を同一になるようにするこ
とで、Ｓ／Ｎ比を高くし、高精度化を図ったが、図５の
実施例では、光ファイバーの両端を一つの直線上に設置
するため、大きなスペースが必要となると言う問題があ
った。また、１００％設定時と測定時で、集光素子Ｌを
移動しなければならないと云う問題もあった。
めの専用の装置或は通常の分光光度計の付属装置として
標準化された装置は、特に市販されていなくて、ユーザ
が個別にメーカに特別注文して作らせるか、ユーザ自ら
が装置治具を工夫作製しているのが現状であり、光ファ
イバーの透過率測定方法にも決まったものがない。個人
的に使用されている光ファイバー透過率測定装置は、基
本的には図３或は図４に示すような構成である。一般に
透過率の測定は、試料なしのときの測定値を１００％と
して、試料を置いた時の測光値を求めるのであるが、図
３に示す従来例では分光光度計の分光部の出射光束Ｆ内
に被測定光ファイバー３のバンドル径よりも小さな径の
開口を持つマスクＭを挿入し、このマスクＭより相当距
離だけ離れた所に積分球２を置いて分光光度計の分光部
出射光を入射させるようにし、１００％透過率の測定の
場合、図３Ａのように上記マスクＭと積分球２との間に
は何も置かず測定し、次に測定時には、図３Ｂのよう
に、試料の光ファイバー３の光入射端を上記マスクＭに
近接させ、出射端を積分球２の光入射窓に近接させて被
測定光ファイバー３の透過率の測定を行う。マスクＭと
積分球２との間の距離としては、その間に被測定光ファ
イバー３を配置できるだけの距離をとっておく。図４の
従来例では１００％透過率測定時には同図Ａのように分
光光度計の分光部出射光束全部を直接積分球２に入射さ
せ、次に測定時には、同図Ｂのように、光ファイバー３
の光入射端に分光部出射光束全部をレンズＬ等で集光し
て入射させ、光ファイバー３の光出射端を積分球２の光
入射窓に近接配置して測定を行う。透過率測定に当たっ
ては、１００％透過率測定時に積分球２に入射する光束
と、試料のファイバー測定時に光ファイバー３に入射す
る光束とが同等であることが必要である。分光光度計を
用いる場合、通常試料は試料室に置くようになっている
が、光ファイバーの透過率測定に当たっては、光ファイ
バーを分光光度計の試料室内に入れてしまうことはでき
ないので、試料室から外へ光を導出し、試料室外に光フ
ァイバーを設置するようにしなければならない。この場
合、試料室外に導出される分光器出射光束は試料の光フ
ァイバーのバンドル径である１〜３ｍｍより大きくなっ
ている。図３，４の光束Ｆは、この光束を示している。
図３の例では、１００％透過率測定時に積分球２に入射
する光束と、試料測定時に光ファイバー３に入射する光
束を等しくするためにマスクＭを用い、図４の例では積
分球２には分光器出射光束を全部入射させる代わりに、
光ファイバー測定時には集光レンズＬを用いている。他
方図３の例では、分光器出射光束のうち一部しか測定に
利用されず、光量が少なくて測定のＳ／Ｎ比が悪い。ま
た、図４の例では、光の利用効率は良いが、試料測定時
のみレンズＬが挿入されるので、実際に測定されている
のは、レンズＬと試料の光ファイバー３とを合わせたも
のの透過率であって、測定精度が低くなると言う欠点が
ある。そこで、本発明者は特願平２ー２６２５７８号に
おいて、図５に示すように、試料測定時（Ａ）と１００
％設定時（Ｂ）の両方に集光レンズＬを挿入するように
して、試料測定時と１００％設定時における光学的差の
中に、レンズＬの透過率が含まれないようにし、且つ、
集光レンズＬを分光器出射光の光路上の２位置で交換設
置可能にし、試料測定時における光ファイバー３への入
射光量即ち積分球２への入射光量と、１００％設定時に
おける積分球２への入射光量を同一になるようにするこ
とで、Ｓ／Ｎ比を高くし、高精度化を図ったが、図５の
実施例では、光ファイバーの両端を一つの直線上に設置
するため、大きなスペースが必要となると言う問題があ
った。また、１００％設定時と測定時で、集光素子Ｌを
移動しなければならないと云う問題もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、分光光度計
の付属装置として、光の利用効率が高く、しかも、原理
上光ファイバーの真の透過率が測定できる装置を提供す
ることを目的とする。
の付属装置として、光の利用効率が高く、しかも、原理
上光ファイバーの真の透過率が測定できる装置を提供す
ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】積分球を用いた光ファイ
バーの分光透過率測定装置において、積分球に、光ファ
イバーの両端を取付ける開口を２箇所設け、測定光を入
射させる開口を上記開口の一つと対向する位置と上記二
つの開口の何れともに対向しない位置との２箇所に設
け、積分球の入射開口の前に光束を絞るための光学素子
を設けるようにした。或は、積分球に、光ファイバーの
入射端を取付ける開口を１箇所とし、測定時と１００％
設定とにおいて、光ファイバーの出射端を測定光を入射
させていない入射開口に取付直すようにした。
バーの分光透過率測定装置において、積分球に、光ファ
イバーの両端を取付ける開口を２箇所設け、測定光を入
射させる開口を上記開口の一つと対向する位置と上記二
つの開口の何れともに対向しない位置との２箇所に設
け、積分球の入射開口の前に光束を絞るための光学素子
を設けるようにした。或は、積分球に、光ファイバーの
入射端を取付ける開口を１箇所とし、測定時と１００％
設定とにおいて、光ファイバーの出射端を測定光を入射
させていない入射開口に取付直すようにした。
【０００５】
【作用】積分球に入射する光量を１００％設定時と測定
時の何れにおいても同じにするために、集光素子を入射
開口前に配置し、常時一定光量が積分球に入射し且つ入
射光は積分球壁に集光させるようにする。積分球に光フ
ァイバーの両端を取付け、入射開口を光ファイバーの取
付開口に対向する位置と積分球に対向する位置の２箇所
に設け、測定時においては、測定光を光ファイバーと対
向する入射開口から入射させ、測定光が光ファイバーに
直接集光入射するようにし、測定光は光ファイバーを通
過後、再び積分球に戻る。１００％設定時には、積分球
壁に入射光が集光する入射開口から測定光を入射させ
る。上述したように測定すれば、測定時と１００％設定
時との光学的差は、光ファイバーを透過するかしないか
との差となり、光ファイバーの分光透過率を高精度に測
定することができる。
時の何れにおいても同じにするために、集光素子を入射
開口前に配置し、常時一定光量が積分球に入射し且つ入
射光は積分球壁に集光させるようにする。積分球に光フ
ァイバーの両端を取付け、入射開口を光ファイバーの取
付開口に対向する位置と積分球に対向する位置の２箇所
に設け、測定時においては、測定光を光ファイバーと対
向する入射開口から入射させ、測定光が光ファイバーに
直接集光入射するようにし、測定光は光ファイバーを通
過後、再び積分球に戻る。１００％設定時には、積分球
壁に入射光が集光する入射開口から測定光を入射させ
る。上述したように測定すれば、測定時と１００％設定
時との光学的差は、光ファイバーを透過するかしないか
との差となり、光ファイバーの分光透過率を高精度に測
定することができる。
【０００６】
【実施例】図１に本発明の一実施例の平面図を示す。図
１Ａは測定時における配置を示し、図１Ｂは１００％設
定時における配置を示している。図１において、１は集
光素子（本例ではレンズ）で、分光器（不図示）から出
て単色光となった測定光を絞って、入射開口２Ａより積
分球２へ入射させている。２は積分球で、球中心を通
り、図で紙面に垂直な線を中心に回転可能であり、２つ
の入射開口２Ａと２Ｂを設けており、開口２Ａの反対側
の壁には光ファイバー３の取付開口２Ｃが配置されてい
る。即ち、開口２Ａから入射した光は、直接光ファイバ
ーに入射するように配置してある。開口２Ｂの反対側に
は壁しかなく、開口２Ｂから入射した光は、積分球２の
壁に投光されるような配置となっている。２Ｄはもう一
つの光ファイバー取付開口で、光入射開口２Ａ，２Ｂの
何れとも対向していない位置に設けられている。４は光
検出器で、開口２Ａ，２Ｂから入射する光が直接入射せ
ず、多数回乱反射した後に受光する位置に配置してい
る。図１Ａは測定時における配置図であり、２つの光フ
ァイバー取付開口２Ｃ，２Ｄに光ファイバーの両端を挿
入する。分光器（不図示）から単色光となって出射した
測定光は、レンズ１により絞られ、入射開口２Ａより積
分球２へ入り、開口２Ａと対向する位置にある光ファイ
バー３に入射する。光ファイバー３を透過した光は、取
付開口２Ｄより再び積分球２内に入射し、積分球２の壁
に投光し、積分球２内で多数回拡散反射した後、検出器
４で測定される。図１Ｂは透過率１００％設定時の配置
図であり、光ファイバー３を積分球２に取付けたまゝ
（或はなしでも可）積分球を回して、入射開口２Ｂより
測定光を入射させると、図１Ａのように、直接光ファイ
バー３に入射せずに、積分球２の壁に投光される。積分
球２内で多数回拡散反射した後、検出器４で測定する。
この測定値は、光ファイバー３を透過していない光が、
積分球２内で乱反射した時の受光量であるから、光ファ
イバー３の透過率を１００％とした時の測定値として設
定される。図１Ａで得られた測定値をこの１００％設定
値で比較することにより光ファイバー３の透過率を求め
る。図１Ａが図１Ｂに対して、光ファイバーを透過する
分が、加わっただけになるので、光ファイバーの透過率
を高精度に測定できる。光ファイバーの端面は、積分球
内面と同一面にするのが良いが、多少引っ込んでいても
測定上支障はない。図２に別の実施例を示す。図２は図
１に対して、入射開口２Ａ，２Ｂの一つを光ファイバー
出射端の取付開口として兼用するようにしたものであ
り、図１に対して、光ファイバー３の取付開口が一つ少
なくなっている。図２Ａは測定時における配置図であ
り、光ファイバー取付開口２Ｃに光ファイバーの入射端
を挿入し、出射端を入射開口２Ｂに挿入する。測定光
は、レンズ１により絞られ、入射開口２Ａより積分球２
へ入り、開口２Ａと対向する位置にある光ファイバー３
に入射する。光ファイバー３を透過した光は、入射開口
２Ｂより再び積分球２内に入射し、積分球２の壁に投光
し、積分球２内で多数回拡散反射した後、検出器４で測
定される。図２Ｂは透過率１００％設定時の配置図であ
り、光ファイバー３の出射端を入射開口２Ａに取付直し
てから、積分球を回して、入射開口２Ｂより測定光を入
射させると、図２Ａのように、直接光ファイバー３に入
射せずに、積分球２の壁に投光される。積分球２内で多
数回拡散反射した後、検出器４で測定する。図２Ａで得
られた測定値をこの１００％設定値で比較することによ
り光ファイバー３の透過率を求める。図２では、測定時
及び１００％設定時においても、測定光が最初に積分球
２内面に投射される位置は、開口２Ｂの反対側の壁とな
り、測定光が積分球２で最初に反射される壁は、測定時
と１００％設定時のどちらにおいても、絶えず同一位置
となるので、経年変化等により積分球２内壁の反射特性
の一様性が失われた場合でも、その影響が少なくなり、
測定精度が維持されると言う利点がある。図２のＡとＢ
では、積分球２内壁の光反射状態を同じにするため、光
ファイバー３の出射端を入射開口２Ａと入射開口２Ｂに
付け換えているが、Ｂ（１００％設定時）において、出
射端を積分球２に取付けなくても、積分球２内表面積に
対する開口２Ａ，２Ｂの穴の面積の比率が小さければ、
影響は少なく、付け換えることは、絶対条件ではない。
また、２光束タイプのものでは、上記各実施例で光入射
開口を更に一つ追加すれば良く、光源の変動の影響が除
去される。
１Ａは測定時における配置を示し、図１Ｂは１００％設
定時における配置を示している。図１において、１は集
光素子（本例ではレンズ）で、分光器（不図示）から出
て単色光となった測定光を絞って、入射開口２Ａより積
分球２へ入射させている。２は積分球で、球中心を通
り、図で紙面に垂直な線を中心に回転可能であり、２つ
の入射開口２Ａと２Ｂを設けており、開口２Ａの反対側
の壁には光ファイバー３の取付開口２Ｃが配置されてい
る。即ち、開口２Ａから入射した光は、直接光ファイバ
ーに入射するように配置してある。開口２Ｂの反対側に
は壁しかなく、開口２Ｂから入射した光は、積分球２の
壁に投光されるような配置となっている。２Ｄはもう一
つの光ファイバー取付開口で、光入射開口２Ａ，２Ｂの
何れとも対向していない位置に設けられている。４は光
検出器で、開口２Ａ，２Ｂから入射する光が直接入射せ
ず、多数回乱反射した後に受光する位置に配置してい
る。図１Ａは測定時における配置図であり、２つの光フ
ァイバー取付開口２Ｃ，２Ｄに光ファイバーの両端を挿
入する。分光器（不図示）から単色光となって出射した
測定光は、レンズ１により絞られ、入射開口２Ａより積
分球２へ入り、開口２Ａと対向する位置にある光ファイ
バー３に入射する。光ファイバー３を透過した光は、取
付開口２Ｄより再び積分球２内に入射し、積分球２の壁
に投光し、積分球２内で多数回拡散反射した後、検出器
４で測定される。図１Ｂは透過率１００％設定時の配置
図であり、光ファイバー３を積分球２に取付けたまゝ
（或はなしでも可）積分球を回して、入射開口２Ｂより
測定光を入射させると、図１Ａのように、直接光ファイ
バー３に入射せずに、積分球２の壁に投光される。積分
球２内で多数回拡散反射した後、検出器４で測定する。
この測定値は、光ファイバー３を透過していない光が、
積分球２内で乱反射した時の受光量であるから、光ファ
イバー３の透過率を１００％とした時の測定値として設
定される。図１Ａで得られた測定値をこの１００％設定
値で比較することにより光ファイバー３の透過率を求め
る。図１Ａが図１Ｂに対して、光ファイバーを透過する
分が、加わっただけになるので、光ファイバーの透過率
を高精度に測定できる。光ファイバーの端面は、積分球
内面と同一面にするのが良いが、多少引っ込んでいても
測定上支障はない。図２に別の実施例を示す。図２は図
１に対して、入射開口２Ａ，２Ｂの一つを光ファイバー
出射端の取付開口として兼用するようにしたものであ
り、図１に対して、光ファイバー３の取付開口が一つ少
なくなっている。図２Ａは測定時における配置図であ
り、光ファイバー取付開口２Ｃに光ファイバーの入射端
を挿入し、出射端を入射開口２Ｂに挿入する。測定光
は、レンズ１により絞られ、入射開口２Ａより積分球２
へ入り、開口２Ａと対向する位置にある光ファイバー３
に入射する。光ファイバー３を透過した光は、入射開口
２Ｂより再び積分球２内に入射し、積分球２の壁に投光
し、積分球２内で多数回拡散反射した後、検出器４で測
定される。図２Ｂは透過率１００％設定時の配置図であ
り、光ファイバー３の出射端を入射開口２Ａに取付直し
てから、積分球を回して、入射開口２Ｂより測定光を入
射させると、図２Ａのように、直接光ファイバー３に入
射せずに、積分球２の壁に投光される。積分球２内で多
数回拡散反射した後、検出器４で測定する。図２Ａで得
られた測定値をこの１００％設定値で比較することによ
り光ファイバー３の透過率を求める。図２では、測定時
及び１００％設定時においても、測定光が最初に積分球
２内面に投射される位置は、開口２Ｂの反対側の壁とな
り、測定光が積分球２で最初に反射される壁は、測定時
と１００％設定時のどちらにおいても、絶えず同一位置
となるので、経年変化等により積分球２内壁の反射特性
の一様性が失われた場合でも、その影響が少なくなり、
測定精度が維持されると言う利点がある。図２のＡとＢ
では、積分球２内壁の光反射状態を同じにするため、光
ファイバー３の出射端を入射開口２Ａと入射開口２Ｂに
付け換えているが、Ｂ（１００％設定時）において、出
射端を積分球２に取付けなくても、積分球２内表面積に
対する開口２Ａ，２Ｂの穴の面積の比率が小さければ、
影響は少なく、付け換えることは、絶対条件ではない。
また、２光束タイプのものでは、上記各実施例で光入射
開口を更に一つ追加すれば良く、光源の変動の影響が除
去される。
【０００７】
【発明の効果】本発明によれば、測定時と１００％設定
時との光路上の差は、光ファイバーだけとなるから、高
精度に測定することができる。また、測定光を入射させ
る開口の位置だけを変更させることで、測定時と１００
％設定時との切換えができるので切換作業が容易になっ
た。光ファイバーを積分球にどのような形状で取付けて
もよくなったので、光ファイバーの取付スペースが小さ
くなり、装置の小型化が可能になった。
時との光路上の差は、光ファイバーだけとなるから、高
精度に測定することができる。また、測定光を入射させ
る開口の位置だけを変更させることで、測定時と１００
％設定時との切換えができるので切換作業が容易になっ
た。光ファイバーを積分球にどのような形状で取付けて
もよくなったので、光ファイバーの取付スペースが小さ
くなり、装置の小型化が可能になった。
【図１】本発明の一実施例の側断面図
【図２】本発明の別実施例の側断面図
【図３】従来例の側断面図
【図４】第２従来例の側断面図
【図５】第３従来例の側断面図
１ レンズ ２ 積分球 ２Ａ 入射開口 ２Ｂ 入射開口 ２Ｃ 取付開口 ２Ｄ 取付開口 ３ 光ファイバー ４ 検出器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01J 3/00 - 4/04 G01J 7/00 - 9/04
Claims (2)
- 【請求項１】積分球に、光ファイバーの両端を取付ける
開口を２箇所設け、測定光を入射させる開口を上記開口
の一つと対向する位置と上記二つの開口の何れとも対向
しない位置との２箇所に設け、積分球の入射開口の前に
光束を絞るための光学素子を設けたことを特徴とする光
ファイバーの分光透過率測定装置。 - 【請求項２】 積分球に、光ファイバーの入射端を取付
ける一つの光ファイバー取付け用開口と、この開口と対
向する位置と対向しない位置の二つの位置に夫々測定光
を入射させる開口を設け、積分球へ入射させる測定光束
中に、測定光束を絞るための光学素子を挿入し、１００
％設定時には、光ファイバー取付け用開口と対向しない
方の測定光を入射させる開口を測定光束入射位置に位置
させ、光ファイバー取付け用開口ともう一方の測定光を
入射させる開口とに光ファイバーの両端を取付け、測定
時には、光ファイバー取付け用開口と対向している方の
上記測定光入射開口を測定光束入射位置に位置させ、光
ファイバーの両端を光ファイバー取付け用開口と、上記
他方の測定光入射開口とに取付けるようにしたことを特
徴とする光ファイバーの分光透過率測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34959291A JP3169027B2 (ja) | 1991-12-07 | 1991-12-07 | 光ファイバーの分光透過率測定装置 |
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