JP2542995B2 - 名目上円筒状案内機構の幾何学特性を測定する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信システムの要素の
特性評価に関し、この種のシステムに使用される名目上
円筒状案内機構の幾何学特性を測定する方法および装置
を提供するものである。好ましくは、ただしこれに限定
されるものではないが、本発明は光ファイバーコネクタ
ーのためのフェルールの外面の非円率およびその中央ホ
ールの離心率（中央ホールと外面間の同心エラー）を測
定することを意図している。公知のように、フェルール
はコネクターの両方部分の円筒状部材であり、外面と同
心のホールを有していて、連結される二つのファイバー
セグメントの端部がこのホールに挿通される。この構成
は正確なコアアライメントを保証し、損失の回避を必要
とする。

【０００２】光ファイバーやコネクターフェルール等の
光通信システム用の多数の要素は幾何学特性を有してお
り、その値は名目値に対してある一定の許容範囲内にあ
る必要がある。これらの特性のうちで、外寸、外面に対
する非円率および中央部の離心率は名目上円筒状案内機
構の上述した要素に相当する。この機構が試験されると
き、この種の許容差に関するチェックが必要である。も
ちろん、関係するパラメータの直接測定を、適当なスケ
ールを使用して機械的機器や顕微鏡技術を頼りにして実
行することもできる。しかし、機械的機器は外形寸法お
よびこれに関係する例えば非円率のようなパラメータを
決定することのみに使用可能である。さらに、（ファイ
バーの場合、せいぜい数百マイクロメータ台の）関連す
る寸法を正確に評価できる機器は相当高価である。顕微
鏡技術による測定も内部パラメータの評価を許容する
が、この種の技術では常に十分な精度を得られない。

【０００３】以上のような理由により、外部円筒状部材
とこの外部部材と同心をなす内部部材とからなる案内機
構の幾何学パラメータの測定は、ＣＣＩＴＴレコメンデ
ーションＧ．６５０，Ｇ．６５１に規定されたような適
当な方法によって得られ、機構自体のイメージを分析す
ることによって実行される。この方法は、シングル−モ
ードおよびマルチ−モードの光ファイバーのモードフィ
ールド（スポットサイズ）とクラディング寸法、モード
フィールドの同心エラーおよびクラディング非円率の測
定に関するものである。機構の関連性のために、これら
の方法のあるものは、ホール内に固定されたファイバー
の有無にかかわらず、コネクターフェルールの特性測定
に使用することもできる。機構のイメージの分析に基づ
く方法は、パラメータの絶対値にあまり差がない場合に
しか、全てのパラメータの正確な評価が単一イメージか
ら得ることができないという欠点がある。「あまり差が
ない」というのは、せいぜい大きさの約１桁の差を意味
し、例えば単一モード光ファイバーのモードフィールド
とクラディング寸法の場合、約１０μｍ対約１２５μｍ
である。

【０００４】これに対して、数値が数桁も異なる場合、
異なる倍率のイメージが同じ相対精度を有する異なるパ
ラメータを測定するのに使用される。異なるイメージは
一般的に、二つの別個の操作および別の方法によって得
られる。しかし、このやり方において、異なるパラメー
タ間の相対性を失う恐れがある。この方法は本発明のよ
り大きい関心の場合に生じる事態に当てはまる。実際
に、フェルールの特性評価のための測定されるべきパラ
メータには外面の非円率および軸ホールの離心率を含ん
でおり、後者のパラメータの測定はこの種のホールに挿
通された単一モードファイバーのモードフィールドの離
心率の測定を必要とする。上述したように、モードフィ
ールドは１０μｍ台のサイズであり、一方フェルールの
外径は数ミリメートル台である。異なるイメージがモー
ドフィールドおよびフェルール直径に用いられた場合、
フェルールとモードフィールドの中心との間の距離の正
確な評価が困難になる。

【０００５】前述の欠点は、単独操作で機構の異なるパ
ラメータの評価を許容する本発明の方法および装置によ
って克服される。本発明による方法は次の工程から成
る。すなわち、案内機構をＶ字溝に挿通する工程と；機
構をＶ字溝の中で３６０°回転させる工程と；Ｖ字溝の
長手方向と直交する平面上で機構の中央部材の一点によ
って描かれた曲線を検出する工程と；座標軸システムに
関して曲線の複数点を記憶する工程と；曲線を数値分析
してこのような座標から関係する、より詳しくは機構の
外面に関する中央部材の離心率およびこのような外面の
非円率のパラメータを得る工程とから成る。離心率を得
るために、曲線の数値分析が次ぎの工程から成る。すな
わち、曲線の各点につき、点の座標の和を計算する工程
と；このような和の最大値および最小値を決定する工程
と；最大値と最小値との差を計算して、このような差と
軸オリエンテーションに依存する定数要素との比から離
心率を得る工程とから成る。

【０００６】非円率を得るために、曲線の数値分析が次
の工程から成る。すなわち、曲線の重心を決定する工程
と；重心から曲線の複数の点までの距離の２乗の平均値
を計算し、平均値と離心率と、δを機構の最大直径と最
小直径間の差の名目上の、すなわち、最大直径に対する
比として規定される非円率とし、＜ρ² ＞を前記平均値
とし、ｄを離心率とし、Ｒを名目上の、すなわち、最大
直径の半分としたとき

【数２】 の関係に基づく副長軸とから比円率を得る工程とから成
る。

【０００７】本発明を、添付図面を参照してより理解し
易くする。ここに、図１は特性評価されるべき機構の断
面図である。図２、３は本発明の方法を説明するダイア
グラムである。図４は変形例に関連するダイアグラムで
ある。図５は本発明の方法を実行するための装置の概略
図である。図６は機構の回転を制御する手段の部分概略
図である。

【０００８】図１は名目上円筒状の外面を有する本体１
からなり、かつ、外面と同心をなす中央部材２を含んで
いる案内機構の断面図である。後述するように、本発明
の好ましい実施例において、機構は光ファイバーコネク
ターのフェルールであり、中央部材２はフェルールのホ
ールである。別の例としては、中央部材２はホールに挿
通された単一モードの光ファイバーのモードフィールド
とすることもできる。さらに、本発明の方法は、例えば
単一モードの光ファイバーの相当異なる直径を有する二
つの同心部からなるどのような名目上円筒状機構にも適
用可能である。

【０００９】中央ホールの離心率および外面の非円率を
決定するために、本体１は９０°のアパーチャーを有す
るＶ字溝３に載置され、３６０°回転される。この回転
中、中央部材２（より正確にはその中心）が上述の二つ
のパラメータの値の比に依存した形状の曲線を描く。曲
線の分析が、後述するある幾何学的考察の活用によって
このような値を得ることを許容する。本発明をより理解
し易くするために、ホール（その中心Ｐのみを示す）の
離心率および外面の非円率は、図２から図４では相当誇
張されている。さらに、図３、４は本体１の３６０°の
回転で点Ｐによって描かれた全軌跡を示している。曲線
４の形状は実際の機構の一つの典型例であって、図面を
描くために特に変形した機構によって得られたものでは
ない。曲線によって限定された域のサイズも誇張されて
いる。

【００１０】記述を簡単にする目的で、機構の断面は楕
円形が考慮され、その副長軸（ｓｅｍｉｍａｊｏｒ ａ
ｘｉｓ）は機構の名目上の半径に等しい長さＲを有して
いる。離心率は点Ｐと楕円形の中心Ｃとの間の距離ｄに
よって表される。測定されるべき非円率は相対値であ
り、Ｂを副短軸（ｓｅｍｉｍｉｎｏｒ ａｘｉｓ）の長
さとしたとき、関係δ＝（Ｒ−Ｂ）／Ｒで与えられ、値
Ｂ＝Ｒ−Ｒδであることは明白である。最も一般的な場
合において、機構の最大および名目上の半径は異なる
か、または一点が機構の最小および最大直径の両方を有
する点Ｃのようには存在せず、非円率は最小直径と最大
直径との差の名目直径（光ファイバーのクラディングの
非円率に対してＣＣＩＴＴによって与えられた規定によ
れば）または最大直径に対する比として規定される。

【００１１】図２、３において、θはＶ字溝３のエッジ
上に原点を有するデカルト直角座標システムの軸ｘを有
する楕円形の長軸による決定瞬時において形成された角
度である。このようなシステムの軸ｘ、ｙはＶ字溝３の
断面の側部に一致、すなわち、図２、３に示したように
なり、そのうちの一つは水平で、他の一つは垂直であ
る。Ψは楕円形の長軸とセグメントＣＰによって形成さ
れる角度である。ｘ₀ ，ｙ₀ はセグメントＣ’Ｃ’’の
中点Ｃ₀ の座標である。ここに、Ｃ’およびＣ’’はそ
れぞれθ＝０およびθ＝π／２に対する楕円形の中心に
よってとられた位置であり、セグメントＣ’Ｃ’’の長
さはＲ−Ｒδ／２、また、点Ｃ₀は点Ｐによって描かれ
た曲線４の重心である。

【００１２】ρはセグメントＣ’Ｃ’’の中点から点Ｐ
までの距離である。ψは任意の瞬時において、軸ｘを有
するセグメントＰＣ₀ によって形成された角度である。
定義を考慮にいれると、楕円形の回転のためにベクトル
ＰＣ₀ の先端Ｐによって描かれた各点の軌跡は次式によ
って与えられる（ただし、δ≪１）。すなわち、

【数３】

【００１３】上述の２式（１）は幾何学的軌跡を解く一
般法則を適用して得ることができる。これらの式は概略
式であるという事実のためにエラーが、測定の不正確さ
および数値計算によってもたらされたエラーよりも低い
ことが理解できる。加うるに、

【数４】 が成立する。この式はρ² ＝（ｘ−ｘ₀ ）² ＋（ｙ−ｙ
₀ ）² を考慮して式（１）から直ちに求めることができ
る。ｄを求めるために、式（１）が利用される。前記式
を加算することによって、次式が点Ｐの座標を離心率ｄ
のみに連結して求めることができる。

【００１４】 （ｘ−ｘ）−（ｙ−ｙ₀ ）＝ｄ［ｃｏｓ（θ−Ψ）−ｓｉｎ（θ−Ψ）］（３） 関数（ｘ＋ｙ）は最大値および最小値を有し、それぞれ
（ｘ＋ｙ）ＭＡＸ＝ｄ√２および（ｘ＋ｙ）ｍｉｎ＝−
ｄ√２で与えられる。従って、

【数５】 従って、曲線の各点を知ることで簡単な計算によって離
心率を得ることができることは明白である。δを決定す
るために、ρ² の平均値を考慮する必要がある。この値
は

【数６】 この式から

【数７】 が得られる。

【００１５】図４において、座標のシステムの軸はＶ字
溝３の断面図によって得られる角度をなす両辺に一致し
てる。軸の原点を通る水平軸から曲線４の１点までの距
離ＩはＩ＝（ｘ＋ｙ）／√２である。この距離は最大値
ＩＭと最小値Ｉｍを有しており、その差は明らかに値２
ｄである。Ｉの値を考慮して、 ｄ＝（ＩＭ−Ｉｍ）／２ ＝［（ｘ＋ｙ）Ｍａｘ−（ｘ＋ｙ）ｍｉｎ］／２√２ （７） 軸の変化は機構の非円率の測定に影響を与えないことに
注意しなければならない。

【００１６】図５は本発明の方法を実行する装置の概略
図である。光源５から放射された光線がレンズ６の形で
表された光学系を通り、まず平行にされ、Ｖ字溝３に載
置された機構１の中央部材２の入口で合焦される。機構
から放射される光線はレンズ７の形で表された光学系に
よって収束され、中央部材２によって描かれた曲線を検
出することの可能なＴＶカメラ８または他の検出器に合
焦される。ＴＶカメラは曲線の数値分析および所望の特
性の値を得るのに必要な計算を実行する処理装置９によ
って制御される。

【００１７】機構１の回転は、その外径寸法が適当であ
れば手動操作できる。しかし、機構の回転は処理装置９
で制御され、曲線走査との同期を保証し、かつ、この回
転が手動制御される場合には常に起こりうる機構の変則
的なずれを回避するようにするのが好ましい。図示を簡
単にするために、回転を制御する手段は図５には示して
いないが、この種の手段は、例えば、非円率のためにＶ
字溝内で機構の垂直方向の偏位に追従可能な正確なマン
ドレル、または機構上を回転して一定圧力を生じ、か
つ、機構自体の材料による高い摩擦を発生するようにな
されたローラ１０（図６）からなる。この場合、機構と
Ｖ字溝壁との間の摩擦は相当低くする必要がある。この
摩擦は、支持ローラをＶ字溝自体の壁と一致する平面に
従って機構に対して接線をなしてローラを配置するか、
または、Ｖ字溝が作られている材料またはその壁を覆っ
ている材料を適当に選ぶことによって得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】特性評価されるべき機構の断面図である。

【図２】本発明の方法を説明するダイアグラムである。

【図３】本発明の方法を説明する他のダイアグラムであ
る。

【図４】変形例に関連するダイアグラムである。

【図５】本発明の方法を実行するための装置の概略図で
ある。

【図６】機構の回転を制御する手段の部分概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 本発明に係る案内機構本体 ２ 本体と同心をなす中央部材 ３ Ｖ字溝 ４ 曲線 ５ 光源 ６，７ レンズ ８ ＴＶカメラ ９ 測定・計算システム（処理装置） １０ 案内機構を回転させる手段（ローラ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モラ・ピエランジエロ イタリー国、トリノ モンカリエリ、ス トラーダ・レヴイグリアスコ 56 (56)参考文献 特開 昭58−213225（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−33606（ＪＰ，Ａ) 特許55−5042（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 名目上は円筒状の外面を有する本体
   （１）と、名目上は本体（１）と同心をなす中央部材
   （２）を含む案内機構の幾何学的特性を測定する方法で
   あって、 （ア）Ｖ字溝（３）を含む支持部材に案内機構を長手方
   向に載置する工程、 （イ）本体（１）をＶ字溝（３）内で３６０°回転させ
   る工程、 （ウ）案内機構の一方の端に光を照射する工程、及び （エ）案内機構のもう一方の端から出てくる光を検出す
   る工程を含み、本体（１）の横断方向の大きさと中央部
   材（２）の横断方向の大きさが数オーダー異なる案内機
   構において、前記外面に対する中央部材（２）の離心率
   および案内機構の前記外面の非円率を測定するために更
   に、 （オ）案内機構を３６０゜回転することにより、Ｖ字溝
   （３）の方向に直交する面上の前記中央部材（２）の点
   によって表される曲線（４）を発生する工程、 （カ）Ｖ字溝（３）の角を原点とする座標系における曲
   線（４）の点の座標を記憶する工程、及び （キ）曲線（４）を数値分析して前記記憶された座標か
   ら所望の特性を得る工程を含むことを特徴とする上記案
   内機構の幾何学的特性を測定する方法。
2. 【請求項２】 離心率を得るために、曲線（４）の数値
   分析工程が、 曲線（４）の各点に対してその点自身の座標の和を計算
   する工程、 前記和の最大値および最小値を決定する工程、及び 前記最大値と前記最小値との差を計算する工程であっ
   て、離心率はこの差に比例している工程を含むことを特
   徴とする請求項１に記載の案内機構の幾何学特性を測定
   する方法。
3. 【請求項３】 非円率を得るために、曲線（４）の数値
   分析工程が、 曲線（４）の重心を決定する工程、 重心から曲線（４）上の点までの距離の２乗の平均値を
   計算し、この平均値、離心率、及び半長径を用いて次式 【数１】 に従って非円率を得る工程であって、ここで、δは非円
   率であり、名目上又は最大直径に対する案内機構の最大
   及び最小直径の間の差の比として定義されており、＜ρ
   ２＞は前記平均値であり、ｄは離心率であり、そしてＲ
   は名目上又は最大直径の半分である工程、 を含むことを特徴とする請求項２に記載の案内機構の幾
   何学特性を測定する方法。
4. 【請求項４】 前記名目上円筒状機構（１）が光ファイ
   バーコネクターのフェルールであり、前記中央部材
   （２）が前記フェルールの軸状ホール、またはこの種の
   ホールに嵌合されたシングルモードの光ファイバーのモ
   ードフィールドであり、前記曲線を描く点が前記ホール
   または前記フィールドの中心であることを特徴とする請
   求項１から３のいずれか一つに記載の案内機構の幾何学
   特性を測定する方法。
5. 【請求項５】 名目上は円筒状の外面を有する本体
   （１）と、名目上は本体（１）と同心をなす中央部材
   （２）を含む案内機構の幾何学的特性を測定するための
   装置であって、 （ア）案内機構を保持するＶ字溝（３）を有する支持部
   材、 （イ）案内機構の中央部材（２）を光照射する光源
   （５）、 （ウ）Ｖ字溝（３）内で案内機構を回転させる手段（１
   ０）、 （エ）中央部材（２）から出てくる光を集光し検出する
   手段（７，８）を含み、本体（１）の横断方向の大きさ
   と中央部材（２）の横断方向の大きさが数オーダー異な
   る案内機構において、前記外面に対する中央部材（２）
   の離心率および案内機構の前記外面の非円率を測定する
   ために、前記検出手段（８）が案内機構の３６０゜回転
   によってＶ字溝（３）方向に直交する面上の前記中央部
   材（２）の点で表される曲線（４）を検出するように構
   成され、且つ検出手段（８）は、Ｖ字溝（３）の角を原
   点とする座標軸系における曲線（４）の点の座標を記憶
   しそれらの座標から非円率及び離心率を得るように構成
   された測定・計算システム（９）に接続されていること
   を特徴とする上記案内機構の幾何学的特性を測定するた
   めの装置。
6. 【請求項６】 前記測定・計算システム（９）が案内機
   構の回転を制御する手段（１０）を駆動することを特徴
   とする請求項５の名目上円筒状案内機構の幾何学特性を
   測定する装置。