CN108663370A - 端面检查装置及其聚焦图像数据获取方法 - Google Patents

端面检查装置及其聚焦图像数据获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无需更换安装用的适配器而能够检查不同的端面形状的光连接器的端面检查装置。一种端面检查装置，其包括：光学系统(2)，使固定于规定的位置的部件的端面的像成像于图像传感器(3)的位置；及焦点检测部(5)，获取图像传感器(3)输出的图像数据，并判定图像数据是否对焦，焦点检测部(5)每次将光学系统(2)的焦点位置改变规定距离而获取对焦于端面的一部分的多个图像数据，并合成该多个图像数据中的对焦的各一部分而获取聚焦图像数据。

Description

端面检查装置及其聚焦图像数据获取方法
技术领域
本发明涉及一种进行光连接器的端面的检查的端面检查装置及其聚焦图像数据获取方法。
背景技术
在用于各种通信的光纤电缆的末端设置有中继用或者与其他设备连接用的光连接器。光连接器构成如下：在形成为圆筒状的金属箍的内周部插入有光纤，且安装有保持金属箍而连接固定于其他设备或中继用的适配器的插头壳体。
若该光连接器在连接部即金属箍(包括光纤)的端面上存在划痕和污垢，则光纤的通信品质下降。因此，在进行光纤电缆的末端处理并进行形成光连接器的作业的情况下，使用对已形成的光连接器的金属箍的端面的状态进行检查的光连接器端面检查装置。
该光连接器端面检查装置利用摄像机拍摄光连接器的金属箍的端面，并将拍摄的图像放大观察，而发现划痕和污垢。
在专利文献1中，公开有基于具备自动对焦功能的探针的光连接器端面检查装置。
专利文献1：美国专利第9217688号说明书
作为光连接器的金属箍的端面的形状，存在端面抛光成稍微弯曲或凸球面状的UPC(超级物理接触(Ultra Physical Contact))和端面倾斜抛光成凸球面状的APC(成角物理接触(Angled Physical Contact))等。
端面为呈倾斜的APC的情况下，若通过以与UPC相同的角度进行拍摄，则无法对整个端面进行对焦而使端面的检查变得困难。
因此，使用与光连接器的金属箍的端面形状对应的芯片(适配器)而连接光连接器与光连接器端面检查装置，以摄像机的透镜的光轴与端面正交的方式进行检查。
在使用这种芯片的情况下，存在每当改变端面的形状时若不更换芯片则检查会耗费时间这样的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种无需更换芯片而能够检查不同的端面形状的光连接器的光连接器端面检查装置。
本发明的第1方式的端面检查装置，其包括：光学系统，使固定于规定的位置的部件的端面的像成像于图像传感器的位置；及焦点检测部，获取所述图像传感器输出的图像数据，并判定所述图像数据是否对焦，其中，所述焦点检测部每次将所述光学系统的焦点位置改变规定距离而获取对焦于所述端面的一部分的多个所述图像数据，并合成该多个图像数据中的对焦的各一部分而获取聚焦图像数据。
通过该结构，由多个图像数据合成聚焦图像数据。因此，无需更换芯片而能够检查不同的端面形状的光连接器。
并且，根据本发明的第2方式的端面检查装置，第1方式的端面检查装置中，所述焦点检测部进一步改变照射于所述端面的照明光的照射方向，并根据所述端面的图像的明度来检测所述端面是否倾斜，在检测出所述端面倾斜的条件下，每次将所述光学系统的焦点位置改变规定距离而获取对焦于所述端面的一部分的多个所述图像数据，并合成该多个图像数据中的对焦的各一部分而获取聚焦图像数据。
通过该结构，检测端面是否倾斜，在端面倾斜的情况下，由多个图像数据合成聚焦图像数据。因此，无需更换芯片而能够检查不同的端面形状的光连接器。
并且，根据本发明的第3方式的端面检查装置，第2方式的端面检查装置中，所述光学系统具备：狭缝板，设置有仅使来自光源的照明光的一部分通过的狭缝；及光源轴校正元件，改变通过了所述狭缝的所述照明光的一部分的行进的角度，所述焦点检测部通过所述狭缝板来改变照射于所述端面的照明光的照射方向。
通过该结构，仅照明光的一部分通过狭缝板照射于端面，并能够通过改变通过狭缝板的照明光来改变照明光的照射方向。因此，能够轻松地改变照明光的照射方向。
并且，根据本发明的第4方式的端面检查装置，第2方式的端面检查装置中，在所述焦点检测部检测出所述端面倾斜的条件下，根据所述端面的倾斜角与倾斜方向，选择由所述多个图像数据合成的像素。
通过该结构，根据端面的倾斜角与倾斜方向来选择聚焦图像数据的像素。因此，能够轻松地合成聚焦图像数据。
并且，根据本发明的第5方式的端面检查装置，第3方式的端面检查装置中，在所述焦点检测部检测出所述端面倾斜的条件下，根据所述端面的倾斜角与倾斜方向，选择由所述多个图像数据合成的像素。
通过该结构，根据端面的倾斜角与倾斜方向来选择聚焦图像数据的像素。因此，能够轻松地合成聚焦图像数据。
并且，根据本发明的第6方式的端面检查装置，第4方式的端面检查装置中，所述焦点检测部根据所述端面的图像的明度最亮时的照射于所述端面的照明光的照射方向，检测所述端面的倾斜方向。
通过该结构，根据照射于端面的照明光的照射方向来检测端面的倾斜方向。因此，能够轻松地检测端面的倾斜方向。
并且，根据本发明的第7方式的端面检查装置，第5方式的端面检查装置中，所述焦点检测部根据所述端面的图像的明度最亮时的照射于所述端面的照明光的照射方向，检测所述端面的倾斜方向。
通过该结构，根据照射于端面的照明光的照射方向来检测端面的倾斜方向。因此，能够轻松地检测端面的倾斜方向。
并且，本发明的第8方式的端面检查装置的聚焦图像数据获取方法，所述端面检查装置包括光学系统，使固定于规定的位置的部件的端面的像成像于图像传感器的位置，所述方法具有如下步骤：多个图像获取步骤，每次将所述光学系统的焦点位置改变规定距离而获取对焦于所述端面的一部分的多个图像数据，及聚焦图像数据获取步骤，合成该多个图像数据中的对焦的各一部分而获取聚焦图像数据。
通过该结构，由多个图像数据合成聚焦图像数据。因此，无需更换芯片而能够检查不同的端面形状的光连接器。
并且，根据本发明的第9方式的端面检查装置的聚焦图像数据获取方法，第8方式的端面检查装置的聚焦图像数据获取方法中，还包括：倾斜检测步骤，改变照射于所述端面的照明光的照射方向，并根据所述端面的图像的明度来检测所述端面是否倾斜，所述倾斜检测步骤中，在检测出所述端面倾斜的条件下，进行所述多个图像获取步骤。
通过该结构，检测端面是否倾斜，在端面倾斜的情况下，由多个图像数据合成聚焦图像数据。因此，无需更换芯片而能够检查不同的端面形状的光连接器。
发明效果
本发明能够提供一种无需更换芯片而能够检查不同的端面形状的光连接器的光连接器端面检查装置。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的光连接器端面检查装置的概略结构图。
图2是本发明的一实施方式所涉及的光连接器端面检查装置的狭缝板的主视图。
图3是表示本发明的一实施方式所涉及的光连接器端面检查装置的狭缝板的每个旋转角度的整个图像的明度的平均的例子的图表。
图4是穿过本发明的一实施方式所涉及的光连接器端面检查装置的端面的中心的倾斜方向的剖视图。
图5是表示本发明的一实施方式所涉及的光连接器端面检查装置切出的像素的坐标的图。
图6是从本发明的一实施方式所涉及的光连接器端面检查装置的透镜的光轴方向观察的端面的图。
图7是对本发明的一实施方式所涉及的光连接器端面检查装置的焦点检测处理的步骤进行说明的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的实施方式所涉及的光连接器端面检查装置进行详细说明。
在图1中，本发明的一实施方式所涉及的光连接器端面检查装置1包括光学系统2、图像传感器3、图像存储器4及焦点检测部5而构成。
本实施方式的光连接器端面检查装置1利用光学系统2将保持于未图示的连接器保持部的构成光连接器10的金属箍11的端面11a(还包括内包于金属箍11的未图示的光纤12的端面)放大并利用图像传感器3进行拍摄。
光学系统2具备透镜21、半反射镜22、照明用LED(发光二极管(Light EmittingDiode))23、狭缝板24、光源调整马达25、光源轴校正元件26、透镜27及焦点调整马达28。
透镜21设置成与保持于连接器保持部的金属箍11的端面11a对置，并设置成其光轴位于与金属箍11及光纤的中心轴大致相同的轴上。
透镜21通过焦点调整马达28，而向与其光轴平行的方向移动，从而能够调节成像于图像传感器3的像的焦点。
半反射镜22配置于透镜21的与金属箍11相反的一侧，并通过透镜21向金属箍11的端面11a照射来自照明用LED23的照明光。照射于金属箍11端面11a的照明光在金属箍11的端面11a反射，且该反射光通过透镜21、半反射镜22及透镜27而照射于图像传感器3。图像传感器3将所照射的反射光转换成图像数据而输出。
如图2所示，狭缝板24中，在圆形形状的板上设置有狭缝24a，仅通过了狭缝24a部分的来自照明用LED23的照明光通过半反射镜22而照射于端面11a。如以图2的箭头表示，光源调整马达25以狭缝板24的圆的中心为旋转中心的方式使狭缝板24进行旋转。如图2所示，狭缝24a例如以从狭缝板24的中心朝向外周方向笔直地按规定的直径的圆被打孔的方式形成。
光源轴校正元件26配置于金属箍11与透镜21之间，并改变来自照明用LED23的照明光的一部分的行进的角度。光源轴校正元件26形成为在规定的高度与底面平行地将圆锥进行了切割的形状。来自照明用LED23的照明光在与光源轴校正元件26的底面平行地切割的面上与透镜21的光轴平行地行进，在光源轴校正元件26的斜面的部分改变角度而行进。
光源轴校正元件26的斜面的倾斜角取决于检查对象即金属箍的端面的倾斜角度。即，在金属箍11的端面11a倾斜的情况下，以使通过光源轴校正元件26的斜面的部分，而在金属箍11的端面11a反射的光的行进方向与透镜21的光轴平行的方式设定光源轴校正元件26的斜面的倾斜角。
另外，当金属箍11的端面11a为与透镜21的光轴正交的形状的情况下，通过了与光源轴校正元件26的底面平行地切割的面的照射光垂直地照射于金属箍11的端面11a。
如此，由于具备光源轴校正元件26，因此即便金属箍11的端面11a倾斜也能够使照明光以在端面11a朝向透镜21的方向反射的方式照射，从而能够获取端面11a的鲜明的图像。
并且，由于具备狭缝板24，因此能够限定向金属箍11的端面11a照射的照明光的方向。即，能够通过光源轴校正元件26使照明光从金属箍11的外周侧朝向中心轴照射，能够通过狭缝板24将该照明光设为来自以金属箍11的中心轴为中心的角度中的任一角度的单向的照射光。
图像传感器3将通过来自焦点检测部5的指示进行拍摄的图像数据存储于图像存储器4。
图像存储器4存储利用图像传感器3进行拍摄的图像数据。图像存储器4能够存储100张左右的图像数据。
焦点检测部5通过具备未图示的CPU(中央处理器(Central Processing Unit))、RAM(随机存取存储器(Random Access Memory))、ROM(只读存储器(Read Only Memory))、存储装置、输入输出端口的计算机单元来构成。
在该计算机单元的ROM及硬盘装置中，与各种控制常数和各种映射图等一起，存储有用于使该计算机单元发挥焦点检测部5的功能的程序。即，CPU执行存储于ROM及硬盘装置的程序，由此该计算机单元可发挥焦点检测部5的功能。在焦点检测部5的输入输出端口连接有图像传感器3、图像存储器4、光源调整马达25、焦点调整马达28。
焦点检测部5控制光源调整马达25，每次使狭缝板24旋转预先设定的角度而使图像传感器3拍摄图像。
焦点检测部5改变狭缝板24的角度而计算所拍摄的整个图像的明度的平均值，当明度的平均值的差(换言之，明度的偏差)为预先设定的值以下的情况下，判断为金属箍11的端面11a与透镜21的光轴正交的UPC连接器，控制焦点调整马达28而获得对焦于金属箍11的端面11a的聚焦图像数据。
如图3所示，在明度的平均值的差(换言之，明度的偏差)大于预先设定的值的情况下，焦点检测部5判断为金属箍11的端面11a倾斜的APC连接器。焦点检测部5将狭缝板24固定在拍摄了明度的平均值最大的图像的角度。通过使狭缝板24旋转，而改变照射在端面11a的照明光的方向，且搜索能够向端面11a垂直地照射照明光的角度，并将狭缝板24固定在该角度。通过该狭缝板24的角度，能够检测插入于连接器保持部的金属箍11的端面11a的倾斜方向，并能够使照明光以在倾斜的端面11a朝向透镜21的方向反射的方式照射。倾斜方向是指，在端面11a中的任一点上端面11a的倾斜角成为最大的方向。
在焦点检测部5判定为金属箍11的端面11a倾斜的情况下，每次将焦点位置改变规定距离，而获取对焦于端面11a的一部分的多个图像数据，并合成多个图像数据的对焦的部分，而获取对焦于整个端面11a的聚焦图像数据。
因此，在本实施方式中，如图4所示，在穿过端面11a的中央的倾斜方向上，将从端面11a的一端(图中以“A”表示)至另一端(图中以“B”表示)的透镜21的光轴方向上的距离d[μm]进行N等分，在被分割的每一个范围内的端面11a拍摄N张对焦的图像，并合成每一个图像的对焦的部分。由透镜的景深和金属箍11的端面11a的倾斜角度等确定分割数N。分割数N是能够通过合成已拍摄的图像的对焦的部分而获得对焦的图像的图像的分割数。
具体而言，焦点检测部5以固定狭缝板24的状态控制焦点调整马达28，而搜索对焦于金属箍11的端面11a的中央的透镜位置。这是通过通常的自动对焦处理，例如根据相邻像素的亮度差来判断是否对焦。
焦点检测部5使透镜从对焦于金属箍11的端面11a的中央的透镜位置向焦点位置靠近金属箍11的端面11a预先设定的距离的方向移动并对图像进行拍摄。其中，预先设定的距离为d/2-d/2N[μm]。即，在图4中，透镜21的焦点位置从端面11a的一端的A移动至在透镜21的光轴方向上靠近透镜21的一侧的d/N的范围对焦的位置。
焦点检测部5以焦点位置每次朝向远离金属箍11的端面11a的方向移动d/N[μm]的方式，使透镜位置移动并拍摄图像，从而获取N个图像。
焦点检测部5将最初拍摄的图像的编号设为零，将最后拍摄的图像的编号设为N-1。
如图5所示，焦点检测部5以图像传感器3的像素的金属箍11的端面11a的中心成像的点为中心，以横W点、纵H点的尺寸切出。而且，将左上方的像素设为(0,0)，并将向右方向行进i点的点、将向下方向行进j点的点以(i,j)来表示。
焦点检测部5通过从利用以下的数式1计算出的图像编号n(i,j)的像素选择(i,j)的像素，而合成聚焦图像数据。
[数式1]
其中，θ设为拍摄时的狭缝板24的狭缝24a位置的角度，φ设为金属箍11的端面11a的抛光角度(倾斜角度)。倾斜角度是在端面11a的任一点上的端面11a的倾斜角的最大值。
并且，δ是与端面11a上的与透镜21的光轴正交的平面上的像素间对应的距离。即，如图6所示，(x,y)是将与端面11a的透镜21的光轴正交的平面上的端面11a的中心设为(0,0)的XY坐标的值。
并且，saturate(x,a,b)是将值x容纳在下限a、上限b的范围内的函数。floor(x)是求出值x以下的最大的整数的函数。
如图4及图6所示，考虑在与透镜21的光轴正交的平面上取X轴、Y轴，在透镜21的光轴方向上取Z轴，将端面11a的中心设为(0,0,0)的XYZ坐标。
在坐标的值为(x,y,z)的点P上，究竟选择哪一图像是取决于沿倾斜方向在穿过端面11a的中心的剖面上，在透镜21的光轴方向上位于哪一位置。如图4所示，在点P上，将z+d/2除以d/N而得的整数部分成为图像编号n。即，如成为数式2的公式。
[数式2]
在图6中，穿过端面11a的中心的倾斜方向的直线L方向的单位矢量v是以Z轴为中心而将X轴方向的单位矢量逆时针旋转θ度的矢量。与直线L正交且通过点P的直线上的点P'的z的值与点P相等，因此求出穿过端面11a的中心的倾斜方向的剖面上的z即可。若将点P'的XY平面中的离端面11a的中心的距离设为pv，则如图4所示，z成为z＝pv·tanφ。
在图6中，pv是将XY坐标逆时针旋转θ度的点P的X坐标的值，因此成为pv＝xcosθ+ysinθ。即，成为z＝(xcosθ+ysinθ)tanφ，若将其代入数式2的公式则成为数式1。另外，数式1中，还考虑到在端面11a上没有的点而设有上限值下限值的限制。
如此，通过狭缝板24来检测金属箍11的端面11a的倾斜的方向，并从此时的狭缝板24的狭缝24a位置的角度θ及金属箍11的端面11a的抛光角度φ选择各像素对焦的图像并将其合成，因此无需更换芯片而能够获取被倾斜地抛光的金属箍11的端面11a的聚焦图像数据，从而能够进行检查。
参考图7，对如上构成的本实施方式所涉及的基于光连接器端面检査装置1的焦点检测处理进行说明。另外，以下说明的焦点检测处理通过光连接器10保持于连接器保持部，例如通过按压聚焦开关而开始。
在步骤S1中，焦点检测部5使狭缝板24按一定角度旋转并对图像进行拍摄。
在步骤S2中，焦点检测部5计算各图像的明度的平均值，并判定明度的平均值的差的最大值是否为规定值以下。在步骤S7中，判定为明度的平均值的差的最大值为规定值以下的情况下，焦点检测部5控制焦点调整马达28而获得对焦于检查对象即金属箍11的端面11a的聚焦图像数据，并结束处理。
在步骤S3中，判定为明度的平均值的差的最大值并非为规定值以下的情况下，焦点检测部5将狭缝板24固定在拍摄到明度的平均值最大的图像的角度。
在步骤S4中，焦点检测部5通过焦点调整马达28使透镜21移动，并搜索对焦于检查对象即金属箍11的端面11a的中央部的透镜位置。
在步骤S5中，焦点检测部5使透镜从对焦于金属箍11的端面11a的中央部的透镜位置向焦点位置靠近金属箍11的端面11a预先设定的距离的方向移动并对图像进行拍摄，使透镜位置每次从金属箍11的端面11a远离d/N[μm]并拍摄图像，从而获取N个图像。
在步骤S6中，焦点检测部5通过上述数式1来合成已拍摄的图像而获得聚焦图像数据，并结束处理。
另外，在本实施方式中，对检查金属箍11及光纤的端面11a的情况进行了表示，但并不限定于此，例如，还能够用于检查固态部件的端面的情况。
虽然公开了本发明的实施方式，但通过本领域技术人员在不脱离本发明的范围而能够加以变更是不言而喻的。意图将所有的这种修正及等价物包含于权利要求书中。
符号说明
1-光连接器端面检查装置，2-光学系统，3-图像传感器，5-焦点检测部，10-光连接器，11-金属箍，11a-金属箍的端面(包括光纤的端面)，12-光纤，21-透镜，22-半反射镜，23-照明用LED(光源)，24-狭缝板，24a-狭缝，25-光源调整马达，26-光源轴校正元件，28-焦点调整马达。

Claims (9)

1.一种端面检查装置，其包括：光学系统(2)，使固定于规定的位置的部件的端面的像成像于图像传感器(3)的位置；及焦点检测部(5)，获取所述图像传感器输出的图像数据，并判定所述图像数据是否对焦，其中，
所述焦点检测部每次将所述光学系统的焦点位置改变规定距离而获取对焦于所述端面的一部分的多个所述图像数据，并合成该多个图像数据中的对焦的各一部分而获取聚焦图像数据。
2.根据权利要求1所述的端面检查装置，其中，
所述焦点检测部进一步改变照射于所述端面的照明光的照射方向，并根据所述端面的图像的明度来检测所述端面是否倾斜，在检测出所述端面倾斜的条件下，每次将所述光学系统的焦点位置改变规定距离而获取对焦于所述端面的一部分的多个所述图像数据，并合成该多个图像数据中的对焦的各一部分而获取聚焦图像数据。
3.根据权利要求2所述的端面检查装置，其中，
所述光学系统具备：狭缝板(24)，设置有仅使来自光源(23)的照明光的一部分通过的狭缝(24a)；及光源轴校正元件(26)，改变通过了所述狭缝的所述照明光的一部分的行进的角度，
所述焦点检测部通过所述狭缝板来改变照射于所述端面的照明光的照射方向。
4.根据权利要求2所述的端面检查装置，其中，
在所述焦点检测部检测出所述端面倾斜的条件下，根据所述端面的倾斜角与倾斜方向，选择由所述多个图像数据合成的像素。
5.根据权利要求3所述的端面检查装置，其中，
在所述焦点检测部检测出所述端面倾斜的条件下，根据所述端面的倾斜角与倾斜方向，选择由所述多个图像数据合成的像素。
6.根据权利要求4所述的端面检查装置，其中，
所述焦点检测部根据所述端面的图像的明度最亮时的照射于所述端面的照明光的照射方向，检测所述端面的倾斜方向。
7.根据权利要求5所述的端面检查装置，其中，
所述焦点检测部根据所述端面的图像的明度最亮时的照射于所述端面的照明光的照射方向，检测所述端面的倾斜方向。
8.一种端面检查装置的聚焦图像数据获取方法，所述端面检查装置包括光学系统(2)，使固定于规定的位置的部件的端面的像成像于图像传感器(3)的位置，
所述方法具有如下步骤：
多个图像获取步骤，每次将所述光学系统的焦点位置改变规定距离而获取对焦于所述端面的一部分的多个图像数据，及
聚焦图像数据获取步骤，合成该多个图像数据中的对焦的各一部分而获取聚焦图像数据。
9.根据权利要求8所述的端面检查装置的聚焦图像数据获取方法，其特征在于，还包括：倾斜检测步骤，改变照射于所述端面的照明光的照射方向，并根据所述端面的图像的明度来检测所述端面是否倾斜，
所述倾斜检测步骤中，在检测出所述端面倾斜的条件下，进行所述多个图像获取步骤。
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