JP4669227B2 - 曲面形状検査方法、ファイバ光学ブロック、及び、曲面形状検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、曲面形状検査方法、ファイバ光学ブロック、及び、曲面形状検査装置に関するものである。

自動車に使用されている等速ジョイントの溝形状の測定は、例えば、次のようにして行われている。まず、微粉末と液体とを混ぜた混合物を測定すべき測定面に塗布する。そして、規格寸法の球体を測定面に押し付け、それによって接触部分にできた線をノギスなどで測定する。しかしながら、このような方法では、作業が煩雑であり溝形状の測定精度が高くない。

これに対して、特許文献１及び特許文献２には、曲面形状を測定するための装置が開示されている。以下に、特許文献１及び特許文献２に記載の装置による曲面形状の測定方法について説明する。

特許文献１記載の測定装置では、まず、ボール転動溝によって転動すべきボールと同一直径を有しており主軸に形成された球状部を、ボール転動溝に係合させる。次に、主軸を、主軸の軸線周りに回転させる。この際、球状部から突出し、ボール転動溝に接触している接触子の動きを測定する。これにより、ボール転動溝の形状が測定される。

特許文献２記載の測定装置では、測定すべきワークの曲面と、拘束部材の水平拘束面及び垂直拘束面との間に基準球を拘束する。その状態で、ワークの基準位置から水平拘束面までの距離を測定する。この測定を、異なる径を有する３つの基準球に対して行う。そして、それらの測定値を利用して幾何学的にワークの曲面の曲率半径と曲率中心の位置とを算出する。
実公昭６１−１７３６５号公報 特開平８−２８５５０６号公報

しかしながら、特許文献１記載の測定装置では、装置が複雑であり、また、精密測定であることから、装置の使用場所が制限される。また、曲面形状を正確に測定するためには測定点を多くしなければならない。特許文献２記載の測定装置では、複数の基準球を用いなければならないため、基準球ごとにワークの基準位置から水平拘束面までの距離の測定が必要になる。このように、特許文献１及び特許文献２記載の測定装置による測定においても、測定作業は煩雑である。

本発明の目的は、簡易に曲面形状を検査することができる曲面検査方法、その検査方法に用いられるファイバ光学ブロック、及び、そのファイバ光学ブロックを適用した曲面形状検査装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る曲面形状検査方法は、コア領域及びコア領域を取り囲むクラッド領域からなる光ファイバが複数束ねられ一体に成形されたファイバ光学ブロックにおける、各光ファイバの一端から構成され少なくとも一部が湾曲している入力端面と、被測定対象における曲面形状を有する測定面とを互いに押し付け、入力端面と反対側に位置するファイバ光学ブロックの出力端面から出力され、入力端面と測定面とが接触することにより形成された光学像を用いて被測定対象の曲面形状を検査することを特徴とする。

上記方法においては、複数の光ファイバから構成されているファイバ光学ブロックの入力端面と、被測定対象の曲面形状を有する測定面とを互いに押し付ける。そして、ファイバ光学ブロックの出力端面から出力され、入力端面と測定面とが接触することにより形成された光学像を用いて被測定対象の曲面形状を検査する。

光学像は、入力端面と測定面とが接触することにより形成された像であり、入力端面と測定面との接触パターンに対応している。したがって、光学像を検査することにより、被測定対象の曲面形状が検査できる。

この場合、ファイバ光学ブロックを被測定対象に押し付ければ被測定対象の曲面形状を検査できるため、検査が容易である。また、微粉末を使わないので作業性を向上させることができる。

また、本発明に係る曲面形状検査方法においては、上記測定面は、被測定対象が有する溝の内面であって、上記光学像は、入力端面と測定面との２つの接触部に対応する２つの接触部像を含んで構成されており、２つの接触部像間の距離を測定することによって被測定対象の曲面形状を検査することが望ましい。

この場合、溝の内面と入力端面とを互いに押し付けた状態で、出力端面から出力される２つの接触部像間の距離を測定することによって被測定対象の曲面形状を検査する。入力端面の形状は既知であるので、溝の内面が所望の曲面形状である場合における２つの接触部像間の距離は予め分かる。これにより、溝の内面が所望の曲面形状である場合における２つの接触部像間の距離を基準値として設定できる。したがって、実際に入力端面と溝の内面とが接触して形成された２つの接触部像間の距離の測定値と、基準値とを比較することによって溝の曲面形状が所望の曲面形状になっているか検査することができる。

更に、本発明に係る曲面形状検査方法においては、撮像手段を用いて上記光学像を撮像することが望ましい。この場合、光学像が撮像手段により撮像されるため、モニタなどに映し出された光学像を用いて曲面形状を検査すればよい。これにより、検査が容易になると共に、検査を自動化することが可能である。

また、本発明に係る曲面形状検査方法においては、出力端面を含む所定の領域であって光を吸収する光吸収体が各光ファイバにおけるクラッド領域を取り囲むように設けられている領域を、上記ファイバ光学ブロックが有することが好ましい。

この場合、出力端面を含む所定の領域において、光ファイバのコア領域によって伝搬されない光は、光吸収体で吸収される。したがって、入力端面以外からファイバ光学ブロックに入射した光や、光ファイバのコア領域から漏れた光などは、光吸収体で吸収される。そのため、光学像のＳ／Ｎ比が改善される。

更に、光吸収体を含むファイバ光学ブロックを利用した本発明に係る曲面形状検査方法においては、各光ファイバにおけるコア領域とクラッド領域との屈折率差が、入力端面よりも所定の領域において小さくなっていることが好ましい。

この場合、所定の領域では、コア領域に光が閉じ込められ難くなっている。そのため，高次モードの光はコア領域から漏れやすい。そして、コア領域から漏れた光は光吸収体で吸収される。したがって、光学像のＳ／Ｎ比が更に改善される。

更にまた、本発明に係る曲面形状検査方法においては、透光性を有する膜を挟んで入力端面と測定面とを互いに押し付け、出力端面から出力される光学像を用いて被測定対象の曲面形状を検査することが望ましい。

この場合には、被測定対象の測定面と入力端面との間に膜が挟まれていることにより、測定面と入力端面との接触部分の面積が大きくなる。したがって、測定面と入力端面との接触により形成される光学像の確認が容易になる。また、膜によりファイバ光学ブロックの入力端面が保護される。なお、膜は、シート及び液膜を含む意味である。

また、本発明に係る曲面形状検査方法においては、出力端面に設けられた検査パターンと、光学像とを比較して被測定対象の曲面形状を検査することが望ましい。

この場合、出力端面に設けられた検査パターンと光学像とを直接比較するため、検査が容易になる。なお、検査パターンとしては、例えば、目盛りパターン等である。

更に、本発明に係る曲面形状検査方法においては、光を発する発光性液体を測定面に塗布し、発光性液体が塗布された測定面と入力端面とを互いに押し付け、出力端面から出力される光学像を用いて被測定対象の曲面形状を検査することが好適である。

この場合、被測定対象の測定面と入力端面とが互いに押し付けられると、入力端面と測定面とが接する領域の発光性液体は押しのけられる。したがって、入力端面と測定面とが接している領域の周りの領域は、発光性液体がない場合よりも明るくなる。そのため、光学像のコントラストが向上し、検査が容易になる。

更にまた、本発明に係る曲面形状検査方法においては、散乱体が含まれた散乱性液体を測定面に塗布し、散乱性液体が塗布された測定面と入力端面とを互いに押し付け、出力端面から出力される光学像を用いて被測定対象の曲面形状を検査することが好ましい。

この場合、被測定対象の測定面と入力端面とが互いに押し付けられると、入力端面と測定面とが接する領域の散乱性液体は押しのけられる。したがって、入力端面と測定面とが接している領域の周りの領域は、散乱性液体がない場合よりも明るくなる。

また、本発明に係る曲面形状検査方法においては、出力端面上に設けられた位置調整パターンの所定範囲内に光学像が位置するように、ファイバ光学ブロック及び被測定対象のうちの少なくとも一方の位置を調整することが望ましい。

この場合、位置調整パターンの所定範囲内に光学像が位置するように、ファイバ光学ブロック及び被測定対象の少なくとも一方の位置が調整される。そのため、検査ごとの測定誤差のばらつきを所望の範囲内に抑えることができる。

また、本発明に係るファイバ光学ブロックは、被測定対象の曲面形状の検査に適用され、コア領域及びコア領域を取り囲むクラッド領域からなる光ファイバが複数束ねられ一体に成形されており、各光ファイバの一端から構成され少なくとも一部が湾曲している入力端面と、入力端面と反対側に位置し、入力端面に入射された光により形成される光学像を出力する出力端面とを備えることを特徴とする。

上記構成では、ファイバ光学ブロックにおいて、少なくとも一部が湾曲している入力端面から各光ファイバに入射された光は、各光ファイバによって導光される。そして、各光ファイバを伝搬してきた光によって形成される光学像が出力端面から出力される。

被測定対象の曲面形状の検査においては、被測定対象における曲面形状を有する測定面に入力端面が押し付けられて検査が実施される。この場合、上記光学像は、入力端面と測定面との接触パターンに対応する。そのため、光学像を検査することによって被測定対象の曲面形状を検査することができる。ここで、検査は、例えば、実際に出力端面から出力された光学像と、被測定対象が所望の曲面形状を有している場合に形成されるべき光学像とを比較することによって実施される。

上記構成のファイバ光学ブロックを用いた曲面形状の検査では、被測定対象に押し付ければ被測定対象の曲面形状を検査できるため、検査が容易である。また、微粉末を使わないので作業性を向上させることができる。

更に、本発明に係るファイバ光学ブロックにおいては、入力端面の形状が半球状であることが好ましい。この場合には、球状の溝などを有する被測定対象の検査に好適に使用できる。

更にまた、本発明に係るファイバ光学ブロックにおいては、出力端面を含む所定の領域であって光を吸収する光吸収体が各光ファイバにおけるクラッド領域を取り囲むように設けられている領域を有することが望ましい。この場合、出力端面を含む所定の領域において、コア領域によって伝搬されない光は、光吸収体で吸収される。したがって、光学像のＳ／Ｎ比を改善することができる。

また、光吸収体を有する本発明に係るファイバ光学ブロックにおいては、各光ファイバにおけるコア領域とクラッド領域との屈折率差が、入力端面よりも所定の領域において小さくなっていることが望ましい。

この場合には、所定の領域では、コア領域へ光が閉じ込められ難くなっているため、高次モードの光はコア領域から漏れやすい。そして、コア領域から漏れた光は、光吸収体で吸収される。これにより、光学像のＳ／Ｎ比が更に改善される。

更に、本発明に係るファイバ光学ブロックにおいては、出力端面上に、被測定対象の曲面形状を検査するための検査パターンが設けられていることが好適である。この構成では、検査パターン上に光学像が現われる。上述したように、被測定対象の曲面形状の検査においては、光学像は、測定面と入力端面との接触パターンに対応している。したがって、検査パターンと、光学像とを比較することによって被測定対象の曲面形状を検査することが可能である。

更にまた、本発明に係るファイバ光学ブロックにおいては、出力端面上に、被測定対象に対する位置を調整するための位置調整パターンが設けられていることが好ましい。この場合には、位置調整パターンの所定範囲内に光学像が含まれるようにファイバ光学ブロックを被測定対象に押し付けて検査する。これにより、検査ごとの測定誤差のばらつきを所望の範囲に抑えることができる。

また、本発明に係るファイバ光学ブロックにおいては、複数の光ファイバは中空体状に束ねられていることが望ましい。この場合、複数の光ファイバは、中空体状に束ねられているため、中実に束ねられている場合に比べて光ファイバの使用本数を少なくすることができる。

また、本発明に係る曲面形状検査装置は、被測定対象の曲面形状を検査する曲面形状検査装置であって、本発明に係るファイバ光学ブロックと、ファイバ光学ブロックの出力端面を臨むように設けられ、出力端面から出力される光学像を撮像するための撮像手段とを備えることを特徴とする。

上記構成では、本発明に係るファイバ光学ブロックの出力端面から出力される光学像が、撮像手段により撮像される。

被測定対象の曲面形状の検査において、曲面形状を有する被測定対象の測定面と、入力端面とを互いに押し付けた場合に形成される光学像は、測定面と入力端面との接触パターンに対応する。そのため、光学像を用いて被測定対象の曲面形状を検査することができる。そして、上記構成の曲面形状検査装置では、出力端面から出力された光学像は、撮像手段で撮像されるため、モニタなどに映し出された光学像を用いて検査をすることが可能である。したがって、検査が容易であると共に、検査を自動化することができる。

更に、本発明に係る曲面形状検査装置は、入力端面を臨むように設けられ、入力端面を照明する照明手段を備えることを特徴とする。この場合、照明手段は入力端面を臨むように設けられているので、被測定対象の曲面形状の検査において、被測定対象に入射端面を押し付けたときに照明手段で入力端面が照明されると、被測定対象の測定面も照明される。したがって、出力端面から出力される光学像をより鮮明にすることが可能である。

また、本発明に係る曲面形状検査装置は、出力端面と撮像手段との間に配置され、光学像を撮像手段に入力するレンズ系を備えることが好適である。この場合には、光学像がレンズ系によって撮像手段に入力される。したがって、光学像をレンズ系によって、例えば、拡大して撮像手段に入力することが可能である。

本発明によれば、簡易に曲面形状を検査することができる曲面検査方法、その曲面検査方法に使用できるファイバ光学ブロック、そのファイバ光学ブロックを用いた曲面検査装置を提供することができる。

以下、図面とともに本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る曲面形状検査方法の説明図である。

本実施形態の曲面形状検査方法では、図１に示すようにファイバ光学ブロック１０を被測定対象２０における曲面形状を有する測定面２１に接触させて検査する。

図１に示すファイバ光学ブロック１０は、光ファイバ１１が複数束ねられ一体に成形されたものである。複数の光ファイバ１１は、その光軸がほぼ平行になるように束ねられている。光ファイバ１１は、例えば、マルチモード光ファイバである。各光ファイバ１１は、コア領域１２及びコア領域１２を取り囲むクラッド領域１３からなる。なお、図１中に示すファイバ光学ブロック１０の内部構造は、説明の便宜のため拡大して示している。また、二点鎖線は、光ファイバ１１の境界を示すものである。

ファイバ光学ブロック１０は、半球状部１０Ａと、半球状部１０Ａに隣接する胴体部１０Ｂとを有する。半球状部１０Ａは、胴体部１０Ｂと反対側に入力端面１４を有する。入力端面１４は、各光ファイバ１１の一端から構成されており、その形状は半球状である。入力端面１４の曲率は、検査の基準とすべき曲率とする。

また、胴体部１０Ｂは、略円柱状であって、半球状部１０Ａと反対側に、言い換えれば、光ファイバ１１の光軸方向において入力端面１４と反対側に出力端面１５を有する。出力端面１５は、各光ファイバ１１の光軸に略直交しており、入力端面１４に入射された光により形成される光学像を出力する。

このように、ファイバ光学ブロック１０においては、入力端面１４から入力された光は、各光ファイバ１１によって伝搬されて出力端面１５から出力される。したがって、出力端面１５からは、入力端面１４に入力される光のパターンに対応したパターンを有する光学像が出力される。

上記ファイバ光学ブロック１０は、例えば、複数の光ファイバ１１を先ず略円柱状に束ねて一体成形し、一方の端部を半球状に研磨して製造される。

ファイバ光学ブロック１０を用いて好適に検査されるべき被測定対象２０について説明する。図２は、被測定対象２０の一例の平面図である。図２の被測定対象２０は、自動車に使用される等速ジョイントの内輪である。

被測定対象２０は、図２に示すようにトルク伝達ボール２２を転動させるための複数のボール転動溝２３を周方向に有している。ボール転動溝２３は、被測定対象２０の軸線方向（紙面に略垂直方向）に延在している。等速ジョイントは、トルク伝達ボール２２を挟んで内輪と、外輪（不図示）とを結合させて構成される。等速ジョイントにおいては、内輪が軸線を中心として回転した際に、トルク伝達ボール２２を介して外輪にトルクを伝達させる。本実施形態においては、このボール転動溝２３の内面の曲面形状を検査する。すなわち、ボール転動溝２３の内面が測定面２１に相当する。

図１を参照して、被測定対象２０の曲面形状の検査方法について説明する。検査時には、ファイバ光学ブロック１０の入力端面１４と、被測定対象２０における曲面形状を有する測定面２１とを互いに押し付ける。入力端面１４を測定面２１に押し付けてもよいし、被測定対象２０を入力端面１４に押し付けてもよい。このように入力端面１４と測定面２１とを押し付ける際には、ファイバ光学ブロック１０の中心軸線αが、ボール転動溝２３の最深部近傍と交差するように、ファイバ光学ブロック１０と被測定対象２０とを互いに押し付ける。

入力端面１４と測定面２１とが押し合わされると、入力端面１４は半球状であるため、測定面２１と入力端面１４とは２箇所で接する。逆に、測定面２１と入力端面１４とが２箇所で接するように入力端面１４の曲率を設定しておく。図１に示すように、入力端面１４と測定面２１とが接している領域を、接触部３０，３１と称す。

接触部３０，３１が形成されたことに応じて、出力端面１５から出力される光学像は変化する、より具体的には、入力端面１４と測定面２１との接触パターンに対応した光学像が出力端面１５から出力される。

図３は、検査実施時の出力端面１５の正面図である。

図３に示す光学像３２は、上述したように入力端面１４と測定面２１とが接触することにより形成された像であって、入力端面１４と測定面２１との接触パターンに対応している。換言すれば、光学像３２は、入力端面１４と測定面２１との２つの接触部３０，３１に対応する接触部像３３，３４を含んで構成されている。

入力端面１４の形状は既知であるので、測定面２１（すなわち、図２のボール転動溝２３の内面）が所望の曲面形状である場合における２つの接触部像間の距離は予測可能である。これにより、測定面２１が所望の曲面形状である場合における２つの接触部像３３，３４の距離を基準値として設定できる。したがって、実際に入力端面１４と測定面２１とが接触して形成された接触部像３３，３４間の距離Ｄ１の測定値と、基準値とを比較することによって測定面２１の曲面形状が所望の曲面形状になっているか検査することができる。接触部像３３，３４間の距離の測定は、例えば、図３に示すようにノギス４０を用いて測定すればよい。

また、本実施形態のように、被測定対象２０が等速ジョイントの内輪である場合、ボール転動溝２３が延びている方向にファイバ光学ブロック１０及び被測定対象２０の少なくとも一方を移動させ、その接触部像３３，３４間の距離Ｄ１の変化を調べることで、ボール転動溝２３の延在方向における曲面形状の均一性を検査することができる。

更に、複数のボール転動溝２３に対してファイバ光学ブロック１０を用いて曲面形状を検査することによって、夫々のボール転動溝２３間における曲面形状の均一性を検査できる。

上述したように半球状の入力端面１４は、光ファイバ１１の一端から構成されている。そのため、入力端面１４を構成している光ファイバ１１の端面は傾斜しており、いわゆるスラント形状である。一方、出力端面１５は、光ファイバ１１の光軸に対して略直交しており平面である。したがって、上記接触パターンは、縮小されて出力端面１５から出力される。そのため、ファイバ光学ブロック１０を用いて検査することにより、検査精度が向上する。

接触部像３３，３４間の距離Ｄ１は上述したようにノギス４０を用いて測定してもよいが、出力端面１５に検査パターン４１を用いることが好ましい。

図４は、検査パターン４１が形成された出力端面１５の正面図である。

検査パターン４１は、例えば、図４（ａ）に示すように複数の同心円のパターンである。また、図４（ｂ）に示すように目盛りがついた目盛りパターンも使用できる。検査パターン４１は、出力端面１５に蒸着・エッチングなどで形成する。また、薄いシートを貼り付けて形成することもできる。

このように検査パターン４１を出力端面１５に設けることによって、検査パターン４１と、接触部像３３，３４（すなわち、光学像３２）とを１対１に対応させて検査できる。ノギスなどで改めて距離を測定しなくてもよいため、検査が容易になる。

ところで、測定面２１と入力端面１４との合わせ方により接触部像３３，３４間の距離は変化する。図５は、ファイバ光学ブロック１０及び被測定対象２０の位置関係の説明図である。図５に示すようにファイバ光学ブロック１０の中心軸線αが、ボール転動溝２３の最深部近傍を通らない場合、出力端面１５に現われる接触部像３３_１，３４_１間の距離Ｄ２は、図３に示す接触部像３３，３４間の間の距離Ｄ１よりも短くなり、検査に誤差が生じる。

ファイバ光学ブロック１０が測定面２１に対して正しく（すなわち、中心軸線αがボール転動溝２３の最深近傍をとおるように）セットされた場合、接触部像３３，３４は、図３に示すように出力端面１５の中心Ｏからほぼ等距離に現われる。そのため、ファイバ光学ブロック１０と被測定対象２０との位置関係を考慮した誤差と検査規格を考慮した２本の同心円からなる位置調整パターン４２を、出力端面１５に設けることが好ましい。

図６は、位置調整パターン４２が形成された出力端面１５の正面図である。位置調整パターン４２は、蒸着・エッチングによって形成してもよいし、出力端面１５に薄いシートを貼り付けても良い。図６中、斜線を付して位置調整パターン４２を明示している。

この場合、図３に示す接触部像３３，３４が位置調整パターン４２内にあるか否かによりファイバ光学ブロック１０の測定面２１へのセット位置の確認と検査の合否を判断できる。逆に、位置調整パターン４２内に接触部像３３，３４が位置するように、ファイバ光学ブロック１０の位置又は被測定対象２０の位置を調整すればよい。このようにファイバ光学ブロック１０又は被測定対象２０の位置を調整することにより、検査ごとの測定誤差のばらつきを所望の範囲内に抑えることができる。

なお、図４に示す検査パターン４１が出力端面１５に設けられている場合には、検査パターン４１を位置調整パターン４２として用いても良い。換言すれば、検査パターン４１は位置調整パターン４２としても機能する。

上述した本実施形態に係るファイバ光学ブロック１０を用いた曲面形状検査方法では、入力端面１４と測定面２１と互いに押し付け、出力端面１５に出力される２つの接触部像３３，３４間の距離Ｄ１を測定することにより被測定対象２０の曲面形状を検査する。そのため、検査が容易である。また、従来のように微粉末を使わないので環境を害することがなく、作業性を向上させることができる。更に、入力端面１４側の光ファイバ１１の端しは、スラント形状になっているため、接触パターンは出力端面１５に縮小されて出力される。したがって、検査精度が向上している。

（第２の実施形態）
図７（ａ）は、第２の実施形態に係る曲面形状の検査方法の説明図である。図７（ｂ）は、接触部３１の拡大図である。

第１の実施形態の検査方法では、測定面２１と入力端面１４とを直に接触させているが、本実施形態の検査方法では、図７（ａ）に示すように透光性を有する膜５０を挟んで入力端面１４と測定面２１とを互いに押し付け、出力端面１５から出力される光学像を用いて第１の実施形態と同様に被測定対象２０の曲面形状を検査する。なお、図７（ａ）において、膜５０に斜線を引いて、膜５０を明示している。

膜５０としては、例えば、透明樹脂からなるシートである。膜５０は、入力端面１４に蒸着により作製した有機膜でもよいし、薄く塗布された液状の膜でもよい。なお、本明細書において入力端面１４及び測定面２１の接触とは、このように測定面２１と入力端面１４との間に膜５０を挟んでいる場合も含む意味である。

この場合には、被測定対象２０の測定面２１と入力端面１４との間に膜５０が挟まれていることにより、図７（ｂ）に示すように測定面２１と入力端面１４との接触部３１の面積が大きくなる。これは、接触部３０に関しても同様である。

図８は、本実施形態における検査時の光学像３２_２の模式図である。上述したように、接触部３０，３１の面積が大きくなるため、出力端面１５に出力される２つの接触部像３３_２，３４_２の面積も大きくなる。図８中、点線で示した像は、膜５０を使用しない場合の接触部像３３，３４であって、比較のために便宜的に示したものである。接触部像３３_２，３４_２の面積が大きくなるため、測定面２１と入力端面１４との接触により形成される光学像３２_２の確認が容易になる。また、膜５０によりファイバ光学ブロック１０の入力端面１４が保護される。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る曲面形状検査方法の説明図である。本実施形態の曲面形状検査方法では、光を発する発光性液体５１を用いている点で第1の実施形態の検査方法と相違する。図９では、発光性液体５１を明示するため、発光性液体５１に斜線を付している。

検査方法について説明する。まず、測定面２１に発光性液体５１を塗布する。発光性液体５１としては、例えば、ケミカルライトである。そして、発光性液体５１が塗布された測定面２１に第１の実施形態の場合と同様に入力端面１４を接触させ、出力端面１５に出力される光学像３２（図３参照）を用いて第１の実施形態と同様に検査する。

この場合、図９に示すように入力端面１４と測定面２１とが接触する領域、すなわち、接触部３０，３１においては、測定面２１に塗布されていた発光性液体５１は接触部３０，３１の周囲に押し出される。ここで、発光性液体５１は光を発しており、その光は入力端面１４からファイバ光学ブロック１０に入射して出力端面１５から出力される。接触部３０，３１において、入力端面１４と測定面２１との間には、発光性液体５１がほとんど介在していない。

そのため、出力端面１５において接触部像３３，３４（図３参照）の周囲は、発光性液体５１がない場合に比べて明るくなる。これにより、接触部像３３，３４のコントラストが向上するので、検査が容易になる。また、発光性液体５１が光を発するため、例えば、測定面２１を照明しなくてもよい。

（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係る曲面形状検査方法の説明図である。本実施形態の曲面形状検査方法では、第３の実施形態における発光性液体５１の代わりに光を散乱する散乱体が分散された散乱性液体５２を用いている点で、第３の実施形態の検査方法と相違する。なお、図１０においても散乱性液体５２を明示するため、散乱性液体５２に斜線を付している。

検査方法について説明する。まず、測定面２１に散乱性液体５２を塗布する。散乱性液体５２としては、例えば、乳白色の懸濁液である。そして、散乱性液体５２が塗布された測定面２１に、第３の実施形態の場合と同様に入力端面１４を接触させる。この際、図１０に示すようにファイバ光学ブロック１０の側方からライトなどの照明手段６０を用いて測定面２１に塗布された散乱性液体５２を照明する。そして、出力端面１５に出力される光学像３２（図３参照）を用いて第１の実施形態と同様に検査する。

この場合にも、図１０に示すように入力端面１４と測定面２１とが接触する領域、すなわち、接触部３０，３１となるべき測定面２１の領域に塗布されていた散乱性液体５２は接触部３０，３１の周囲に押し出される。上述したように散乱性液体５２には、光を散乱する散乱体が分散されているため、照明手段６０により照明されると、照明光は散乱される。したがって、入力端面１４と測定面２１とが接している領域の周りは、第３の実施形態の場合と同様に明るくなるため、出力端面１５における接触部像３３，３４のコントラストが向上する。そのため、検査が容易になる。

（第５の実施形態）
図１１は、本実施形態に係る曲面形状検査装置（以下、単に「検査装置」という）の構成を示す模式図である。

本実施形態に係る検査装置７０は、ファイバ光学ブロック１０、撮像手段７１、レンズ系７２、及び照明手段６０を含んで構成されている。

撮像手段７１は、例えば、ＣＣＤカメラであり、モニタなどに電気的に接続されている。レンズ系７２は、出力端面１５と撮像手段７１との間であって、出力端面１５から出力された光学像を撮像手段７１に入射するように配置されている。図１１では、レンズを１枚示しているが、レンズを複数枚用いてもよい。照明手段６０は、ファイバ光学ブロック１０の側方であって、入力端面１４を臨むように設けられており、入力端面１４を照明できるようになっている。照明手段６０は、例えば、ライトである。

本実施形態の検査装置７０を用いた検査方法では、第１の実施形態と同様に入力端面１４と測定面２１（図１参照）とを接触させる。そして、測定面２１と入力端面１４とが接している際に出力端面１５から出力される光学像３２（図３参照）を、レンズ系７２を介して撮像手段７１で撮像する。検査を実施する際には、照明手段６０により入力端面１４を照明する。検査時には、入力端面１４と測定面２１とは接しているため、入力端面１４が照明されることにより、測定面２１が照明される。

本実施形態の場合、２つの接触部像３３，３４（図３参照）を含んで構成される光学像３２が撮像手段７１により撮像される。そして、モニタなどに映し出された接触部像３３，３４間の距離を測定する。このようにモニタなどに映し出された接触部像３３，３４に基づいて曲面形状を検査するため、検査が容易になると共に、検査を自動化することが可能である。また、撮像手段７１により電気信号に変換された光学像３２のデータに基づいて検査を実施できる。これにより、検査精度を向上させることができる。

また、上述したように、検査実施時に、照明手段６０で入力端面１４が照明されると、被測定対象２０の測定面２１も照明される。したがって、出力端面１５から出力される接触部像３３，３４をより鮮明にすることが可能である。また、出力端面１５から出力される接触部像３３，３４がレンズ系７２によって撮像手段７１に入力される。したがって、接触部像３３，３４をレンズ系７２によって、例えば、拡大して撮像手段７１に入力することが可能であり、より大きな光学像３２で検査を実施できるため、検査が容易になる。

（第６の実施形態）
図１２は、本実施形態に係る検査装置８０の構成を示す模式図である。検査装置８０は、ファイバ光学ブロック１０と、撮像手段８１とを含んで構成されている。検査装置８０は、撮像手段８１が出力端面１５に取り付けられている点で第５の実施形態の検査装置７０と相違する。撮像手段８１は、例えば、ＣＣＤ撮像素子である。

検査装置８０を用いた被測定対象２０の曲面形状の検査方法は、出力端面１５から出力された光学像３２（図３参照）を、レンズ系７２を介さずに直接撮像手段７１で撮像する点以外は、第５の実施形態と同様である。なお、検査装置８０は、検査装置７０が備える照明手段６０を有していないが、検査時には、ファイバ光学ブロック１０の側方からファイバ光学ブロック１０の側面を介して、測定面２１と入力端面１４とをライトなどの照明手段６０（図１１参照）で照明する。

本実施形態の場合、撮像手段８１が直接ファイバ光学ブロック１０に取り付けられているため、検査装置８０を小型化することが可能であり、持ち運びが容易である。そのため、例えば、被測定対象２０を製造した場合に、リアルタイムで検査を簡易に実施することができる。そして、出力端面１５から出力された光学像３２を撮像手段８１で撮像しているため、第５の実施形態と同様に、モニタなどに写し出された光学像３２に基づいて検査できる。また、撮像手段８１により電気信号に変換された光学像３２のデータに基づいて検査を実施できる。これにより、更に検査精度を向上させることができる。

（第７の実施形態）
図１３は、本実施形態に係る検査装置９０の構成を示す模式図である。図１３の検査装置９０は、出力端面１５を含む所定の領域に光を吸収する光吸収体が設けられているファイバ光学ブロック９１を使用している点で第５の実施形態の検査装置８０と相違する。ファイバ光学ブロック９１は、第１の実施形態と同様に光ファイバ９２が複数本束ねられて一体に成形されており、半球状部９１Ａと胴体部（出力端面１５を含む所定の領域）９１Ｂとを有する。

ただし、各光ファイバ９２のうち、半球状部９１Ａの領域の光ファイバ９２の構成と、胴体部９１Ｂの領域の光ファイバ９２の構成とが異なる。本実施形態では、光ファイバ９２のうち半球状部９１Ａに位置する領域の光ファイバ９２を説明する際には、光ファイバ９２Ａのように符号Ａを付すものとする。また、胴体部９１Ｂを構成する領域の光ファイバ９２を説明する際には、光ファイバ９２Ｂのように符号Ｂを付すものとする。第１の実施形態の場合と同様に、図９中に示すファイバ光学ブロック９１の内部構造は、説明の便宜のため拡大して示している。また、二点鎖線は、光ファイバ９２の境界を示している。

図１３に示すように、半球状部９１Ａを構成する各光ファイバ９２Ａは、コア領域９３Ａと、コア領域９３Ａを取り囲むように設けられているクラッド領域９４Ａとから構成されている。

また、胴体部９１Ｂを構成する各光ファイバ９２Ｂは、コア領域９３Ｂと、コア領域９３Ｂを取り囲むクラッド領域９４Ｂと、そのクラッド領域９４Ｂを更に取り囲むように設けられており光を吸収する光吸収体９５Ｂとから構成されている。

胴体部９１Ｂにおけるコア領域９３Ｂとクラッド領域９４Ｂとの屈折率差は、半球状部９１Ａにおけるコア領域９３Ａとクラッド領域９４Ａとの屈折率差よりも小さくなっている。言い換えれば、胴体部９１Ｂの各光ファイバ９２ＢのＮ.Ａ.は、半球状部９１Ａの各光ファイバ９２ＢのＮ.Ａ.よりも小さい。

上記ファイバ光学ブロック９１は、例えば、次のようにして製造すればよい。先ず、複数の光ファイバ９２Ａを束ねて一体に成形し、半球状のファイバ光学ブロックを形成して半球状部９１Ａとする。また、半球状部９１Ａを構成している複数の光ファイバ９２Ａと同数の光ファイバ９２Ｂを束ねて一体に成形し、略円柱状のファイバ光学ブロックを形成して胴体部９１Ｂとする。

そして、半球状部９１Ａと胴体部９１Ｂとを接合し一体化してファイバ光学ブロック９１とする。接合する際には、半球状部９１Ａ及び胴体部９１Ｂにおいて、対応する光ファイバ９２Ａ，９２Ｂ同士の光軸が一致するように接合し一体化する。ファイバ光学ブロック９１では、光ファイバ９２Ａ及び光ファイバ９２Ｂは、一体になっているため、1本の光ファイバとして機能する。

上記検査装置９０を用いた被測定対象２０の曲面形状の検査方法は、第５の実施形態と同様である。

上述したように、半球状部９１Ａには、光を吸収する光吸収体が設けられていない。そのため、ライトなどを用いて、半球状部９１Ａを介して被測定対象２０の測定面２１（図１参照）を照明することができる。これにより、接触部像３３，３４からなる光学像３２（図３参照）をより鮮明にすることが可能である。

一方、胴体部９１Ｂには、光吸収体９５Ｂが設けられているため、胴体部９１Ｂにおけるコア領域９３Ｂによって伝搬されない光は、光吸収体９５Ｂで吸収される。したがって、隣り合う光ファイバ９２Ｂのうち、一方の光ファイバ９２Ｂのコア領域９３Ｂから漏れた光が他方の光ファイバ９２Ｂのコア領域９３Ｂに入射するクロストークが、抑制される。また、入力端面１４以外、例えば、ファイバ光学ブロック９１の側方から入射した光も光吸収体９５Ｂで吸収される。

これにより、光ファイバ９２Ａ，９２Ｂ夫々のコア領域９３Ａ，９３Ｂを伝搬した光、言い換えれば、入力端面１４と測定面２１との接触パターンをより反映した光により光学像３２が形成されるため、光学像３２のＳ／Ｎ比が向上する。

また、上述したように胴体部９１Ｂにおけるコア領域９３Ｂとクラッド領域９４Ｂとの屈折率差が、半球状部９１Ａ（より具体的には、入力端面１４）におけるコア領域９３Ａとクラッド領域９４Ａとの屈折率差よりも小さい。そのため、胴体部９１Ｂでは、コア領域９３Ｂに光が閉じ込められ難くなっている。

これにより、高次モードの光はコア領域９３Ｂから漏れやすい。高次モードの光は、接触パターンを反映していない場合もあり、また、出力端面１５から種々の角度で出力されやすく、光学像のＳ／Ｎ比を低減させる場合がある。そのような光がコア領域９３Ｂから除かれる。そして、コア領域９３Ｂから漏れた光は、上述したように光吸収体９５Ｂで吸収される。したがって、光学像３２のＳ／Ｎ比が更に改善される傾向にある。

そのため、本実施形態に係る検査装置９０を用いた場合には、より高精度な検査をすることが可能である。なお、本実施形態では、コア領域９３Ｂとクラッド領域９４Ｂとの屈折率差が、コア領域９３Ａとクラッド領域９４Ａとの屈折率差よりも小さいとしているが、それらの屈折率差は同じでもよい。ただし、胴体部９１Ｂ側で小さい方が好ましいのは、上述したとおりである。

また、本実施形態では、出力端面１５を含む所定の領域を胴体部９１Ｂとしているが、入力端面１４又は測定面２１を照明できるように光吸収体９５Ｂが配置されていればよい。そのため、光ファイバ９２Ｂの光軸方向全体に光吸収体９５Ｂが設けられていなくてもよい。また、半球状部９１Ａの胴体部９１Ｂ側の一部まで光吸収体９５Ｂが設けられていてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記第１〜第７の実施形態に限定されないことは言うまでもない。

図１４は、ファイバ光学ブロック１０の変形例の側面図である。図１４（ａ）に示すファイバ光学ブロック１００のように、半球状部だけで構成されている、言い換えれば、半球状のファイバ光学ブロックを用いて被測定対象２０の曲面形状を検査してもよい。また、図１４（ｂ）に示すファイバ光学ブロック１０１のように、出力端面１５と反対側の入力端面１０２は半球状でなくてもよく、測定面２１と接触させるべき領域（接触部３０，３１を形成する領域）が湾曲していればよい。

更に、図１４（ｃ）に示すファイバ光学ブロック１０３を用いてもよい。ファイバ光学ブロック１０３は、中心軸線α近傍に空洞１０４を形成するように複数の光ファイバ１１が中空体状に束ねられている。そして、その空洞１０４に光を伝搬させないダミー部材１０５がつめられている。このように複数の光ファイバ１１が中空体状に束ねられている場合は、中実に束ねられている場合に比べて光ファイバ１１の使用本数を少なくすることができる。なお、ダミー部材１０５を空洞１０４につめずに、中空としている場合でも検査することは可能である。

更にまた、図１５に示すファイバ光学ブロック１０６のように、入力端面１４側がシリンドリカル状である場合も考えられる。この場合、例えば、ボール転動溝２３の延在方向の曲面形状を１回の測定で検査することも可能である。また、第７の実施形態で説明したファイバ光学ブロック９１を、第１〜第６の実施形態の曲面形状検査方法に適用してもよい。更に、検査装置７０，８０，９０を用いて被測定対象２０の曲面形状を検査する際に、第２〜第４の実施形態で示した方法を用いることもできる。

更にまた、第１〜第７の実施形態では、被測定対象２０は、等速ジョイントの内輪としているが、被測定対象はこれに限らない。被測定対象としては曲面形状を有していればよく、検査方法も２つの接触部像３３，３４間の距離測定に限定されない。

例えば、入力端面１４の曲率を検査すべき測定面の所望の曲率とする。測定面が所望の曲率を有している場合には、入力端面１４のほぼ全面が測定面に接し、それを反映した光学像が出力端面１５から出力される。そのため、入力端面１４と測定面とを接触させることによる光学像のパターンを観察することにより測定面が所望の形状を有しているか検査をすることができる。

第１の実施形態に係る曲面形状検査方法の説明図である 被測定対象２０の一例の構成を示す平面図 検査実施時の出力端面１５の正面図である。 検査パターン４１が形成された出力端面１５の正面図である。 ファイバ光学ブロック１０と被測定対象２０との位置関係の説明図である。 位置調整パターン４２が形成された出力端面１５の正面図である 第２の実施形態に係る曲面形状の検査方法の説明図である。 第２の実施形態における検査時の光学像３２_２の模式図である。 第３の実施形態に係る曲面形状検査方法の説明図である。 第４の実施形態に係る曲面形状検査方法の説明図である。 第５の実施形態に係る曲面形状検査装置の構成を示す模式図である。 第６の実施形態に係る曲面形状検査装置の構成を示す模式図である。 第７の実施形態に係る曲面形状検査装置の構成を示す模式図である。 ファイバ光学ブロックの変形例の側面図である。 ファイバ光学ブロックの更に他の例の斜視図である。

符号の説明

１０…ファイバ光学ブロック、１２…コア領域、１３…クラッド領域、１４…入力端面、１５…出力端面、２０…被測定対象、２１…測定面、３０，３１…接触部、３２…光学像、３３，３４…接触部像、４１…検査パターン、４２…位置調整パターン、５０…膜、５１…発光性液体、５２…散乱性液体、６０…照明手段、７０，８０，９０…曲面形状検査装置、７１，８１…撮像手段、７２…レンズ系、９１…ファイバ光学ブロック、９１Ｂ…胴体部（出力端面を含む所定の領域）、９２…光ファイバ、９２Ａ，９２Ｂ…光ファイバ、９３Ａ，９３Ｂ…コア領域、９４Ａ，９４Ｂ…クラッド領域、９５Ｂ…光吸収体。

Claims (20)

1. コア領域及び前記コア領域を取り囲むクラッド領域からなる光ファイバが複数束ねられ一体に成形されたファイバ光学ブロックにおける、各光ファイバの一端から構成され少なくとも一部が湾曲している入力端面と、被測定対象における曲面形状を有する測定面とを互いに押し付け、
   前記入力端面と反対側に位置する前記ファイバ光学ブロックの出力端面から出力され、前記入力端面と前記測定面とが接触することにより形成される前記入力端面と前記測定面との接触パターンに対応した光学像を検査することによって前記被測定対象の曲面形状を検査することを特徴とする曲面形状検査方法。
2. 前記測定面は、前記被測定対象が有する溝の内面であって、前記光学像は、前記入力端面と前記測定面との２つの接触部に対応する２つの接触部像を含んで構成されており、前記２つの接触部像間の距離を測定することによって前記被測定対象の曲面形状を検査することを特徴とする請求項１記載の曲面形状検査方法。
3. 撮像手段を用いて前記光学像を撮像することを特徴とする請求項１記載の曲面形状検査方法。
4. 前記出力端面を含む所定の領域であって光を吸収する光吸収体が各光ファイバにおける前記クラッド領域を取り囲むように設けられている領域を、前記ファイバ光学ブロックが有することを特徴とする請求項１記載の曲面形状検査方法。
5. 各光ファイバにおける前記コア領域と前記クラッド領域との屈折率差が、前記入力端面よりも前記所定の領域において小さくなっていることを特徴とする請求項４記載の曲面形状検査方法。
6. 透光性を有する膜を挟んで前記入力端面と前記測定面とを互いに押し付け、前記出力端面から出力される前記光学像を用いて前記被測定対象の曲面形状を検査することを特徴とする請求項１記載の曲面形状検査方法。
7. 前記出力端面に設けられた検査パターンと、前記光学像とを比較して前記被測定対象の曲面形状を検査することを特徴とする請求項１記載の曲面形状検査方法。
8. 光を発する発光性液体を前記測定面に塗布し、前記発光性液体が塗布された前記測定面と前記入力端面とを互いに押し付け、前記出力端面から出力される前記光学像を用いて前記被測定対象の曲面形状を検査することを特徴とする請求項１記載の曲面形状検査方法。
9. 散乱体が含まれた散乱性液体を前記測定面に塗布し、前記散乱性液体が塗布された測定面と前記入力端面とを互いに押し付け、前記出力端面から出力される前記光学像を用いて前記被測定対象の曲面形状を検査することを特徴とする請求項１記載の曲面形状検査方法。
10. 前記出力端面上に設けられた位置調整パターンの所定範囲内に前記光学像が位置するように、前記ファイバ光学ブロック及び前記被測定対象のうちの少なくとも一方の位置を調整することを特徴とする請求項１記載の曲面形状検査方法。
11. 被測定対象の曲面形状を検査する曲面形状検査装置であって、
    コア領域及び前記コア領域を取り囲むクラッド領域からなる光ファイバが複数束ねられ一体に成形されており、各光ファイバの一端から構成され少なくとも一部が湾曲している入力端面と、前記入力端面と反対側に位置し、前記入力端面に入射された光により形成される光学像を出力する出力端面とを備えるファイバ光学ブロックと、
    前記ファイバ光学ブロックの出力端面を臨むように設けられ、前記出力端面から出力される光学像を撮像するための撮像手段と
    を備え、
    前記入力端面は、検査時において、前記被測定対象における前記曲面形状を有する測定面に押し付けられる面であり、前記撮像手段は、前記検査時において、前記入力端面と前記測定面とが接触することにより形成される前記入力端面と前記測定面との接触パターンに対応した前記光学像を撮像する、
    ことを特徴とする曲面形状検査装置。
12. 前記入力端面を臨むように設けられ、前記入力端面を照明する照明手段を備えることを特徴とする請求項１１記載の曲面形状検査装置。
13. 前記出力端面と前記撮像手段との間に配置され、前記光学像を前記撮像手段に入力するレンズ系を備えることを特徴とする請求項１１又は１２記載の曲面形状検査装置。
14. 前記入力端面の形状が半球状であることを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記載の曲面形状検査装置。
15. 前記出力端面を含む所定の領域であって光を吸収する光吸収体が各光ファイバにおける前記クラッド領域を取り囲むように設けられている領域を有することを特徴とする請求項１１〜１４の何れか一項に記載の曲面形状検査装置。
16. 各光ファイバにおける前記コア領域と前記クラッド領域との屈折率差が、前記入力端面よりも前記所定の領域において小さくなっていることを特徴とする請求項１５記載の曲面形状検査装置。
17. 前記出力端面上に、前記被測定対象の曲面形状を検査するための検査パターンが設けられていることを特徴とする請求項１１〜１６の何れか一項に記載の曲面形状検査装置。
18. 前記出力端面上に、前記被測定対象に対する位置を調整するための位置調整パターンが設けられていることを特徴とする請求項１１〜１６の何れか一項に記載の曲面形状検査装置。
19. 複数の光ファイバは中空体状に束ねられていることを特徴とする請求項１１〜１８の何れか一項に記載の曲面形状検査装置。
20. 前記測定面は、前記被測定対象が有する溝の内面であり、
    前記接触パターンに対応する前記光学像は、前記入力端面と前記測定面との２つの接触部に対応する２つの接触部像を含んで構成されている、
    請求項１１〜１９の何れか一項に記載の曲面形状検査装置。

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