JPH01176908A - 透明円柱体測定装置 - Google Patents

透明円柱体測定装置

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JPH01176908A
JPH01176908A JP33541187A JP33541187A JPH01176908A JP H01176908 A JPH01176908 A JP H01176908A JP 33541187 A JP33541187 A JP 33541187A JP 33541187 A JP33541187 A JP 33541187A JP H01176908 A JPH01176908 A JP H01176908A
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JP
Japan
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cylindrical body
eccentricity
transparent
optical system
optical fiber
Prior art date
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Pending
Application number
JP33541187A
Other languages
English (en)
Inventor
Naomichi Suzuki
直道 鈴木
Tomio Azebiru
富夫 畔蒜
Hiroyuki Taya
浩之 田谷
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
この発明は、寸法測定の困難な直径の小さい円柱状の透
明な物体を精度高く測定するための装置に関し、特に、
同心円状に屈折率の異なる2種以上の透明物質より構成
される透明円柱体の外径や偏肉等を測定するのに好適な
透明円柱体測定装置に関する。
【従来の技術】
同心円状に屈折率の異なる2種以上の透明物質より構成
される透明円柱体を測定する場合、従来では、円柱体の
断面を拡大鏡によって拡大してその拡大像の映像信号を
得て、これを既知の画像処理技術によって処理して外径
寸法や偏心等を測定するようにしている。 また、上記の透明円柱体の中心材の偏心を測定する場合
、該透明円柱体の横方向の互いに直角な2方向から測定
した偏心量の測定値Dx、Dyを、この測定値が円柱体
のレンズ効果によって拡大されていることを考慮して拡
大される前の値dx。 dyに戻し、これらの値から、 d=、/−dx2+dy の計算によって偏心値d(円柱体中心からの中心材の位
置ずれ量)を求めることなども知られている。
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、断面像に基づいて測定する場合は、円柱
体を切断しなければならない決定的な難点があることに
加えて、断面を円柱体に対して正確に90” とし且つ
円柱体の軸を観察方向に正確に一致させないと、誤差が
生じる問題がある。そしてこの断面及び円柱体の軸の傾
きは断面の観察だけでは定量できず、これによる誤差を
補正することができないので、精度の高い測定は困難で
ある。 また、円柱体の側面より2方向から観察しその2つの測
定値から中心材の偏心を求める場合には、円柱体の外形
が理想的な真円でないことによる誤差を取り除くことが
できず、さらに光学系自体の誤差つまり光源の不均一性
、光軸のずれ、レンズの各種収差等による測定値の誤差
に影響され、偏心量を正確に測定することはできない。 また、直交する2方向からのみの測定であるため、外形
が真円でない場合に必要な最大径、最小径を求めること
もできない。 この発明は、同心円状に屈折率の異なる2種以上の透明
物質より構成される透明円柱体の中心材の偏心量や外形
の最大径、最小径の測定を、円柱体の外形が真円でない
場合や光学系に誤差がある場合でも、精度高く行なうこ
とができる、透明円柱体測定装置を提供することを目的
とする。
【問題点を解決するための手段】
この発明による透明円柱体測定装置は、同心円状に屈折
率の異なる2種以上の透明物質より構成される透明円柱
体に対して側面からほぼ平行な光を照射する照明手段と
、該透明円柱体に入射し屈折された光線及び円柱体外部
を通過した光線を集光し結像させる光学手段と、上記透
明円柱体を上記の光学系に対して相対的に円柱体の軸を
中心にして回転させる手段と、上記の光学手段により結
像された像を映像信号に変換する手段と、この映像信号
にもとづき該透明円柱体の形状を算出する演算手段とを
有して構成される。
【作  用】
被測定透明円柱体を光学系に対して相対的に該円柱体の
軸を中心にして回転させるようにしているため、種々の
方向から観察することができることになってこの円柱体
の外形が真円でない場合の外形の最大値と最小値とを求
めることができる。 また、外形の最大値または最小値を示す角度が分かるの
で、外形が真円でない場合の誤差が最も少ない方向より
像を得て正確な中心材偏心を測定することもできる。さ
らに、光学系自体の誤差に基づく誤差も、異なる方向か
ら得た測定値により相殺することができる。
【実 施 例】 第1図に示す実施例では、光ファイバ1が被測定透明円
柱体となっており、そのコアの偏心を測定することとし
ている。この光ファイバ1には、その側面から、光源2
からの光がレンズ系3を経て平行にされて照明されてい
る。この光は透明な光フアイバ1中を通って、あるいは
光ファイバ1の脇を通ってレンズ系4により集束され、
光ファイバ1の透過像がビデオカメラ5の撮像面上に結
像される。ビデオカメラ5からこの光フアイバ像の映像
信号が出力され、ビデオアナライザ6によってその映像
信号の演算処理が行なわれて、光ファイバ1の外形寸法
やコアの位置、あるいはコアの偏心量が求められ、それ
らが表示装置7によって表示される。他方、光ファイバ
1は回転制御装置8によってその軸の周囲に回転させら
れ、レンズ系3.4等の光学系に対して相対的に回転さ
せられる。この回転によって種々の方向からの光フアイ
バ像がビデオカメラ5により撮影される。なお、この光
ファイバ1の回転は光学系に対して相対的に行なわれれ
ばよいので、光ファイバ1を固定しておいて光源2、レ
ンズ系3.4、ビデオカメラ5等の光学系の方を回転さ
せるようにしてもよい。また、この実施例では光ファイ
バ1の1方向から光を照明して像を得るようにしている
が、このような光学系を2方向に設けて2方向からの像
を同時に得るよう構成することもできる。 この構成において、被測定透明円柱体である光ファイバ
1の外形が真円であり、且つ光学系が理想的であると仮
定するなら、外径は1方向の像から測定することができ
、また、コアの偏心量は直交2方向(つまりθ=φと、
θ=φ+90° )の像から得た偏心量の測定値から上
述のように求めることができる。ところが実際には被測
定透明円柱体の外形は真円でなく、また光学系自体も誤
差を有しているため、測定値に誤差が生じる。 まず、光ファイバ1の外形が真円でない場合について説
明する。真円でない場合として第3図のように楕円にな
っている場合を例に説明すると、コア材11がクラツド
材12の中心に位置して偏心がない場合でも、クラツド
材12が上下に非対称となっているため、クラツド材1
2中を透過する光が上下非対称に屈折し、そのため、レ
ンズ系4の右側から見たコア材11の位置が上下方向に
ずれ、実際には偏心がなくてもあたかも偏心があるよう
に見える。これが原因でコアの偏心量の測定値に誤差が
生じる。そこで、コア偏心がないときでもこのように楕
円形になっている場合に、コアの偏心量の測定値がどの
ようになるかを計算してみると第3図のような結果が得
られた。ここで非円率は、楕円の長軸をA、短軸をBと
したとき((A−B)/(A+B))X 2X 100
(%)と定義しである。なお、平均直径 (A+B)/2=125μm コア材11の直径9μm、屈折率はコア材11について
1.46159 、クラツド材12について1.457
13とし、周囲は空気であるとして計算した。 この第3図から、外形が楕円である場合の誤差は1回転
(360°)で2周期となることが分かる。外形が真円
であれば実際に偏心がある場合の1方向から見た偏心量
の測定値は1回転(360゛)で1周期の変化を示す正
弦波状のものとなるので、外形が楕円で偏心がある場合
にはこの1回転で1周期の変化を示す正弦波状の値に1
回転で2周期の変化を示す誤差が重畳した測定値が得ら
れることになる。なお、θが0°、90°、180°、
270°のときは長軸または短軸が照明光の軸に一致す
るので、対称性が得られ、楕円であるための誤差はOと
なる。ここでは特定のパラメータで計算したが、パラメ
ータが変化しても、誤差の大きさは変化するものの同様
構造のものでは同様の結果が得られる。 つぎに光学系自体に存在する誤差によってもたらされる
測定値の誤差について説明する。このような光学系の誤
差は工業的に入手し得る光源やレンズを用いる限り避け
られず、これらにより実際に測定したところ照明の不均
一性や、光軸のずれ、レンズの各種歪、収差等のため、
光ファイバのコアの偏心量の測定値に0.5〜1μm程
度の誤差をもたらすことが判明した。すなわち、−旦組
み上がった光学系ではその光学系固有の誤差を有する。 しかし、光ファイバ1を回転させて偏心量の測定値を得
てみると、第4図の点線のようになり、この光学系の誤
差のない真の値は実線で示すように0を中心として正弦
波状になるのに対して、真の偏心値自体に拘らず常に一
定のオフセットdeを有していることが分かる。 そこで、90°ごとに4方向から偏心量を測定し、光フ
ァイバ1の回転角θにおける偏心量の測定値をd(θ)
として、 d=J″(dr  de) 2+ (dz  d4) 
2/2但しdl・d(φ)。 dl・d(φ+90°)。 de・d(φ+1809゜ d4・d(φ+270°)。 から偏心量dを求める。これらの演算はビデオアナライ
ザ6により行なう。こうして求められた値dは、光ファ
イバ1の外形が真円でないことによる誤差、及び光学系
の誤差に起因する誤差が除去されたものとなっている。 すなわち、 d、−de・d(φ)−d(φ+180°)dl−d4
・d(φ+90°)−d(φ+270°)による180
°異なる方向からのデータの差引演算により、同相とな
っている真円でないことによる誤差をキャンセルすると
ともに同方向に生じる光学系の誤差に起因するオフセッ
トをキャンセルすることができる。他方、偏心の真の値
に対応するデータは180°方向では逆方向に現われる
ため上記の差引演算によって2倍の値となるので、2で
割算するようにしているのである。 また、このように4方向のデータを用いて演算するので
なく、外径が最大値、最小値となるそれぞれの方向から
偏心量の測定値dm、dnを得て、dl、/−dm2+
dn2 の演算を行なえば、外形が楕円となっていることによる
誤差を除去した偏心値dを求めることができる。 さらに第4図にしめすように光学系の誤差に起因する誤
差deは、偏心量の測定値の最大値と最小値とのちょう
ど中間の値となっているので、偏心量の測定値の最大値
と最小値との平均値から求めることができる。そこで、
直交する2方向からの偏心量の測定値d1、dl d、=d(φ)、 dz=d(φ+90°)を用い、 d−=’ (dl−de)2+ (dl−de)2の演
算を行なって光学系の誤差を除去した偏心値dを得るこ
とができる。これは外形の非円率が小さく、非円である
ことによる誤差を無視し得る場合、およびdl、dlを
外径が最大値、最小値となるそれぞれの方向から得た場
合に有効である。また、このように外径が最大値、最小
値となるそれぞれの方向からdl、dlを得るのではな
く任意の直交2方向φ、φ+90°から得た場合でも、
非円率からそれらの方向での誤差を逆算して補正し、さ
らに光学系の誤差deも同様に補正すれば、上記の式の
演算によって非円による誤差及び光学系による誤差をと
もに除去した偏心量dを求めることができる。すなわち
、外径の最大値及び最小値を測定して非円率を求めれば
各角度における非円であることによる誤差を第3図のよ
うに求めることができる。そこで、dl、dlを得た方
向φ、φ+90°や、deを求めるために偏心量の測定
値の最大値と最小値とを測定したときの方向が外径の最
大値または最小値を示す方向に対してどの程度の角度を
なしているかによりそれらの方向での非円であることに
よる誤差を算出することができる(つまり第3図の横軸
から縦軸の値を知ることができる)ので、dl、dlや
、deを求めるなめに得た偏心量の測定値の最大値と最
小値を補正することができるからである。 なお、上記では1方向から像を得て測定値を求めている
が、2つの光軸につき同時に測定すれば測定のスピード
アップが図れる。この場合、光学系の誤差deは2つの
光軸について異なることに注意を要する。また、光学系
の拡大率は別途校正できるため、外径、非円率、偏心量
とも絶対値として得ることができる。
【発明の効果】
この発明の透明円柱体測定装置によれば、外形形状を測
定し、外形の変形を測定できるばかりでなく、光ファイ
バのコアの偏心などを外形変形による誤差及び光学系の
誤差を補正して正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のブロック図、第2図は光
ファイバの外形が楕円である場合の拡大図、第3図は外
形が楕円の光ファイバの検出偏心量を示すグラフ、第4
図は光学系の誤差による偏心量のずれを示すグラフであ
る。 1・・・光ファイバ(被測定透明円柱体)、2・・・光
源、3.4・・・レンズ系、5・・・ビデオカメラ、6
・・・ビデオアナライザ、7・・・表示装置、8・・・
回転制御装置。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同心円状に屈折率の異なる2種以上の透明物質よ
    り構成される透明円柱体に対して側面からほぼ平行な光
    を照射する照明手段と、該透明円柱体に入射し屈折され
    た光線及び円柱体外部を通過した光線を集光し結像させ
    る光学手段と、上記透明円柱体を上記の光学系に対して
    相対的に円柱体の軸を中心にして回転させる手段と、上
    記の光学手段により結像された像を映像信号に変換する
    手段と、この映像信号にもとづき該透明円柱体の形状を
    算出する演算手段とを有して構成される透明円柱体測定
    装置。
  2. (2)上記の演算手段は、被測定透明円柱体の90°ご
    とに異なる4つの方向からの中心材の偏心量の測定値か
    ら該中心材の偏心量の真値を求めることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の透明円柱体測定装置。
  3. (3)上記の演算手段は、被測定透明円柱体の中心材の
    偏心量の測定値の最大値と最小値との平均値より光学系
    の誤差に起因する誤差を求め、直交2方向からの中心材
    の偏心量の測定値からこの誤差を差し引いた上でこれら
    の直交2方向の測定値から中心材の偏心量の真値を求め
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の透明円
    柱体測定装置。
  4. (4)上記の直交2方向の中心材の偏心測定値は、外径
    測定値が最大となる方向と最小となる方向とから得たも
    のであることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
    透明円柱体測定装置。
  5. (5)上記の直交2方向の中心材偏心測定値は任意の直
    交2方向から得たものとし、外形の変形データからこれ
    らの測定値の誤差と光学系の誤差に起因する誤差とを補
    正することを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の透
    明円柱体測定装置。
JP33541187A 1987-12-31 1987-12-31 透明円柱体測定装置 Pending JPH01176908A (ja)

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JPH04258706A (ja) * 1991-02-12 1992-09-14 Sumitomo Metal Ind Ltd 管の測長方法及び装置
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