JPH05118830A

JPH05118830A - 光コネクタの端面検査装置

Info

Publication number: JPH05118830A
Application number: JP30567591A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shibano; 寛柴野
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1993-05-14
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JP2509772B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光コネクタのフェルールの凸球面・端面を傷
付けることなく容易に高精度で球面の曲率半径を測定で
きるようにする。【構成】撮像手段１０によって光コネクタ１の端面凸
球面２上に生じたニュートンリングを画像情報として取
込み、干渉縞判別手段２１で個々の干渉縞を判別すると
共に同一リングに属する干渉縞同士を組合せてリング直
径検出手段２２でリングの直径を求め、このニュートン
リングのうちの２つのリングの直径の相対的な大きさの
比較から凸球面の曲率半径Ｒを曲率半径検出手段２３で
求めるようにしている。また、単一のニュートンリング
から曲率半径を計算するのではなく２つのリングの相対
的な大きさの比較で計算をするので、干渉縞参照面とフ
ェルール端面との接触状態あるいは干渉レンズを用いた
場合には非接触参照面９とフェルール端面２との位置関
係等に左右されずに曲率半径が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ同士を接続
する際に使用される光コネクタの端面形状を検査する装
置に関する。更に詳述すると、本発明は、光ファイバと
これを中心に保持したフェルールとで構成される光コネ
クタの球面加工された先端面の曲率半径を測定する光コ
ネクタの端面検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバとこれを保持したフェルール
の先端面を凸球面に加工した光コネクタはコネクタ接続
点での反射光の軽減と接続損失の低減が可能である。し
かし、両者のうちの接続損失の低減を確実なものにする
ためにはフェルール中心の光ファイバに対する凸球面が
規格を満す曲率半径であるか否かを検出し評価する装置
も必要となる。

【０００３】従来、球面フェルールの先端面の曲率半径
を測定する方法としては、触針式の粗さ計または形状測
定器で頂点の断面プロフィールを描かせ、それから計算
によって求めることが一般的であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、曲率半
径の測定方法では触針でフェルール先端面を傷付ける虞
がある。また、測定に時間がかかったりあるいは計算点
が限定され測定結果の信頼度が低くなる等の問題があっ
た。また、別の用途を持った非常に大掛りのレーザ干渉
原理を用いてそのレーザ干渉計の一部の機能として球面
の曲率半径を計算させる方法も考えられるが、あまりに
も設備コストが高価になるため現実的ではない。

【０００５】本発明は、フェルールの凸球面端面を傷付
けることなく容易に高精度で球面の曲率半径を測定して
評価することができる光ファイバの端面検査装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、フェルールの中心に光ファイバを貫通さ
せて固定し、それらの端面を凸球面に加工した光コネク
タの端面形状を検査する装置において、前記光コネクタ
の測定対象面に発生させたニュートンリングを画像情報
として取込む撮像手段と、この画像情報を解析し干渉縞
を判別する干渉縞判別手段と、各ニュートンリングの直
径を求めるリング直径検出手段と、前記ニュートンリン
グのうち任意の２つのニュートンリングの直径の相対的
な比較から前記凸球面の曲率半径を求める曲率半径検出
手段とから構成している。

【０００７】また、本発明の端面検査装置において、曲
率半径検出手段は任意の２つのニュートンリングの直径
の組合せを複数設定してそれぞれから凸球面の曲率半径
を求め、更にこれらを平均して曲率半径を求めるように
している。

【０００８】

【作用】したがって、撮像手段によってＸＹ座標上にと
り込まれたニュートンリングを利用して凸球面の曲率半
径Ｒを求めることができる。例えば、個々の干渉縞を判
別すると共に同一リングに属する干渉縞同士を組合せて
リングの直径を求め、このリング群のうちの２つのリン
グの直径の相対的な大きさと干渉光の波長から凸球面の
曲率半径Ｒを求める。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１０】図１に本発明に係る光コネクタの端面検査
装置の一実施例をブロック図で示す。この光コネクタ１
の端面検査装置は、測定対象面即ち光コネクタ１の端面
（凸球面）に対し参照面９を離して非接触に配置した干
渉対物レンズ５を用いた結像光学系１０例えば顕微鏡に
よってニュートンリング２８を発生させ観察するように
している。干渉対物レンズ５は、主に対物レンズ６とビ
ームスプリッタ７及び参照面９を形成する参照ミラー８
とから構成され、測定対象面２に対し非接触となる位置
例えば測定対象面２と参照面９とがビームスプリッタ７
からほぼ等距離でかつ測定対象面２のフェルール４の中
心の光ファイバ３を通る中心軸に対し中心線が直交し光
ファイバ３の軸と平行に参照面９が形成されるような位
置に参照ミラー８が設置されている。この参照面９と測
定対象面２との間に設けられたビームスプリッタ７によ
って、光の一部が測定対象面２に、残りの一部が参照面
９に夫々照射され、それぞれの反射光の光路差によって
干渉を起こしニュートンリング２８を発生させる。参照
面９はビームスプリッタ７から測定対象面２までの距離
とほぼ同じ距離でかつ光ファイバ３の中心を通る中心軸
に対し直交させるように配置しなければならないため、
例えば図示していない微調整ねじ等にて参照面ミラー８
の傾き及び前後方向への位置調節が行な得るように設け
られている。結像光学系１０と光ファイバ３の中心線と
は必しも一致していなくとも良く、顕微鏡の視野内に検
査面が入っていれば良い。また、顕微鏡１０の結像部分
には撮像手段１５としてのＣＣＤ（charge coupled dev
ice)カメラを設置してニュートンリング及び光ファイバ
３を撮像するようにしている。尚、画像入力は撮像手段
たるＣＣＤカメラ１５の各画素毎にＡ／Ｄ変換をし、干
渉縞を所望の階調例えば１６階調の濃淡画像に変換す
る。

【００１１】他方、顕微鏡対物部には、光コネクタ１を
顕微鏡１０に取付け、測定対象面２を一定位置にセット
するための支持部材が設けられている。この支持部材
は、例えば図２に示すように、フェルール４の外周面と
接触するＶ溝１７を有する固定ブロック１８とこれにフ
ェルール４を押しつける可動ブロック１９とから成る。
可動ブロック１９は、固定ブロック１８に対し固着され
たストッパピン１９ａをガイドとして、固定ブロック１
８に対し接近ないし離反移動可能に取付けられている。
この可動ブロック１９は、ストッパピン１９ａと可動ブ
ロック１９との間に装着されたコイルスプリング１９ｂ
によって、常時固定ブロック１８に向けて付勢され、固
定ブロック１８との間でフェルール４を挾持する。可動
ブロック１９には、偏心カム１６ｂが回転自在に取付け
られ、ノブ１６ａの操作によって偏心カム１６ｂを回転
させるように設けられている。他方、固定ブロック１８
には偏心カム１６ｂの近傍にまで延出するブラケット１
６が固着されている。このブラケット１６に可動ブロッ
ク１９側の偏心カム１６ｂが回転して当接することによ
って、可動ブロック１９は固定ブロック１８から離れ、
フェルール４を解放する。固定ブロック１８は、例えば
測定対象面３と対物レンズ６との距離を調整する顕微鏡
１０の微調整手段・上下ステージに取付けられ、上下ス
テージ調整のつまみ１０ａの操作によって上下動し、光
ファイバ３を対物レンズ６に対し接近ないし離反移動さ
せる。ここで、支持部材は、好ましくは、フェルール４
の全域を固定ブロック１８で支持せずに、先端側と後端
側との２点の僅かな幅で支持するように設けられてい
る。尚、図１において符号１１はハーフミラー、１２は
集光レンズ、１３は光源、１４は結像レンズである。

【００１２】ＣＣＤカメラ１５で得られた画像情報は画
像処理部２０に送出され、同処理部においてニュートン
リング２８を判別すると共に該リングの直径を求めてか
ら測定対象面即ちフェルール凸球面２の曲率半径Ｒを求
めるようにしている。画像処理部２０は、撮像手段１５
を介して入力された画像データを干渉縞を判別する干渉
縞判別手段２１と、前記干渉縞のリング直径を求めるリ
ング直径検出手段２２と、直径から光コネクタの凸球面
の曲率半径Ｒを求める曲率半径算出部２３とから成り、
公知のコンピュータとこれを制御するプログラムソフト
とによって構成されている。コンピュータは特に図示し
ていないが、一般には制御用プログラム等を記憶するＲ
ＯＭと、画像データや光ファイバ位置に関する入力デー
タなどを記憶するＲＡＭと、少なくとも１つのＣＰＵ
（中央演算処理部）及びこのＣＰＵを入力装置たるキー
ボード２４や演算結果を出力する表示手段たるディスプ
レイ２５あるいはプリンタ等に接続するためのＩ／Ｏイ
ンターフェースから構成されている。

【００１３】干渉縞判別手段２１は、画像データから明
縞若しくは暗縞をそれぞれ認識するもので、例えば図３
に示すように、ニュートンリング２８と交わる或る直線
上で画像データを走査してリング群を濃度・明暗の連続
した変化即ち波として把握し、例えば、１画素隣りの濃
度が３階調以上の差を生じた場合は干渉縞による濃度変
化と判断し、それ以下の濃度変化はノイズと判断するこ
とによって干渉縞を判別している。また、１つの干渉縞
とその隣の干渉縞との区別については干渉縞による有効
な濃度変化が１つまたはそれ以上同一方向で（例えば濃
度の増加方向で）存在し、その後有効な濃度変化がない
部分を過ぎてから逆方向の（濃度減少方向の）有効な濃
度変化が１つまたはそれ以上同一方向で存在し、続いて
更に有効な濃度変化がなくなった時に１つの干渉縞が完
結したと判断し、これにより次にあらわれた増加方向の
有効な濃度変化は隣りの干渉縞によるものと、区別して
判断していく。

【００１４】リング直径検出手段２２は、リング群のな
かの１ないし２以上のリングの直径を求める。例えば、
干渉縞判別手段２１において同じ縞と判断された領域内
において、同じ明るさの２点を選出すると共にその中央
を干渉縞の筋の中心として求め、更に同じリングに属す
る縞の中心同士を組合せ、それらの間の距離を求めるこ
とによって各リングの直径が得られる。例えば、本実施
例では干渉縞判別手段２１において同じ縞と判断された
領域内において、或る直線上での同じ明るさの２点
ｓ₁，ｔ₁を選出すると共にその中央ａ₁を干渉縞の筋
の中心として求め、更に同様にして同じリングに属する
縞の他の中心ｂ₁を求め、これら同士ａ₁，ｂ₁を多数
組合せ、それらの間の２点間距離（ａ₁・ｂ₁）の中心
点Ｑ₁，Ｑ₂，…，Ｑ_nから平均的中心Ｑを求め、更に
この中心点Ｑを通って先の直線とは直交する直線上で同
様にして同じリングに属する縞の２点の中心ｃ₁と
ｄ₁，ｃ₂とｄ₂，…，ｃ_nとｄ_nからそれら２点間の
中心点Ｂ₁，Ｂ₂，…，Ｂ_nを求めて平均化することに
よってリング中心が得られる。

【００１５】また、曲率半径検出手段２３は、リング群
のうちの任意の２本のリングの直径と反射光の波長とか
ら光コネクタ先端面の曲率半径Ｒを求めるものである。
曲率半径Ｒの計算は、ニュートンリング２８を発生させ
る光の波長λがあらかじめわかっているため、リング半
径を求めることによって容易に求められる。例えば、複
数本のニュートンリング２８の中から任意の２本のリン
グを抽出し、それらの相対的な半径の比較から曲率半径
Ｒを求めることができる。即ち、波長λの光のリング
は、球面上において段差λ／２毎にあらわれるので、例
えば隣り合う２本の縞を比較するときには、数式１によ
って求められる。

【００１６】

【数１】Ｒ＝｛（ｒ_i+1）²−（ｒ_i）²｝／λ １本縞を飛んで２本の縞を比較するときには、数式２に
よって求められる。

【００１７】

【数２】Ｒ＝｛（ｒ_i+2）²−（ｒ_i）²｝／２λ 更にｎ本離れた２本の縞を比較するときには、数式３に
よって求められる。

【００１８】

【数３】Ｒ＝｛（ｒ_i+n）²−（ｒ_i）²｝／ｎλ ２本のリングを組合せて数式１〜数式３のいずれかを用
いて求められた曲率半径Ｒはこれだけでも凸球面の曲率
半径を示しているが、好ましくは複数のリングの組合せ
を設定し、これらから夫々求められる曲率半径を平均す
ることによって誤差の少ない曲率半径を求めることがで
きる。

【００１９】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施例では干渉対物レンズ５を用いて参
照面９を測定対象面２に接触させずにニュートンリング
２８を発生させているが特にこれに限定されるものでは
なく、図示していないが測定対象面２に対しガラス板を
押しつけることによって発生させたニュートンリングを
利用するようにしても良い。

【００２０】以上のように構成された本実施例の光コネ
クタの端面検査装置によると、凸球面曲率半径Ｒの計算
は、例えば図４及び図５に示すフローチャートに基づい
て実行される。

【００２１】まず、準備段階として光コネクタ１を結像
光学系たる顕微鏡１０の支持部材の固定ブロック１８と
可動ブロック１９との間に挾持させる。そして、上下ス
テージ調整つまみ１０ａを操作して光コネクタ１を固定
ブロック１８及び可動ブロック１９ごと光軸方向に移動
させながらニュートリング２８を発生させ、例えば、暗
い縞あるいは明るい縞が２本以上発生するように調整す
る。

【００２２】次に、ニュートンリング２８の画像を入力
する（ステップ３１）。画像入力は撮像手段たるＣＣＤ
カメラ１５の各画素毎にＡ／Ｄ変換をし、干渉縞を例え
ば１６階調の濃淡画像に変換してメモリする。次いで、
撮像画面をＸＹ座標に見たててＸＹ座標における光ファ
イバ３の中心位置Ａを入力する（ステップ３２）。例え
ば、ディスプレイを見ながらキーボード２６を操作して
光ファイバ３の中心にカーソルを合せて座標を読み取り
メモリする。更に、入力された画像データが干渉縞かど
うかの判別を行う（ステップ３３）。例えば、メモリ画
像をあらかじめ設定された或る直線上で走査し明暗の波
としてとらえる。例えば、１画素隣りの濃度が３階調以
上の差を生じた場合は干渉縞による濃度変化と判断し、
それ以下の濃度変化はノイズと判断することによって干
渉縞を判別している。また、１つの干渉縞とその隣の干
渉縞との区別については干渉縞による有効な濃度変化が
１つまたはそれ以上同一方向で（例えば濃度の増加方向
で）存在し、その後有効な濃度変化がない部分を過ぎて
から逆方向の（濃度減少方向の）有効な濃度変化が１つ
またはそれ以上同一方向で存在し、続いて更に有効な濃
度変化がなくなった時に１つの干渉縞が完結したと判断
し、これにより次にあらわれた増加方向の有効な濃度変
化は隣りの干渉縞によるものと、区別して判断してい
く。

【００２３】次に、図３に示すようにして同一リングに
属する干渉縞の組合せを求める。まず、各干渉縞の中心
ａ₁，ａ₂，…，Ｐ，ｂ₁，ｂ₂…，ｂ_nを求める（ス
テップ３４）。これは例えばステップ３３において同じ
縞と判断された領域内において同じ明るさをもった２点
Ｓ₁，ｔ₁の中心を干渉縞の中心ａ₁と定義することな
どで求まる。具体的には同じ縞の間で同じ濃淡階調の画
素を捜し、その画素の間の中央を干渉縞の中央とする。
同様にして他のニュートンリングを構成する干渉縞の各
々の中心点ａ₂，ａ₃，…，Ｐ，ｂ₁，ｂ₂，…を求め
る。次いで同じリングに属する干渉縞の組合せを求める
（ステップ３５）。図３より明らかなように、各点の座
標値より隣なる中心点間同士の長さ（ａ₂・ａ₃），
（ａ₁・ａ₂），（Ｐ・ａ₁），（Ｐ・ｂ₁），（ｂ₁
・ｂ₂）を求めると、（Ｐ・ａ₁）＝（Ｐ・ｂ₁）＝最
大で（Ｐ・ａ₁）＞（ａ₁・ａ₂）＞（ａ₂・ａ₃）と
なることがわかる。このことからａ₁とｂ₁が同一リン
グ上にあると判断して組合せる。次に、任意のリング例
えば最も内側のリング間ａ₁，ｂ₁の中心点Ｑ₁を求
め、同様にしてａ₂，ｂ₂からＱ₂，ａ₃，ｂ₃ら
Ｑ₃，…，Ｑ_nを求め、それらの座標値の平均から平均
的中心Ｑを求める（ステップ３６）。ただし、ＱはＰと
重なることもあるが常に一致するとは限らない。このと
きＱを通りステップ３３での走査方向と直角をなす直線
は平均的にリング群の中心を横切る位置にあることにな
る。Ｑを通りステップ３３での走査方向と直角をなす方
向で再びニュートンリング２８を走査する（ステップ３
７）。そして、ステップ３４〜３６と同様にして、各干
渉縞の中心（即ち波の山又は谷の中心）ｃ₁，ｃ₂，
…，Ｂ₀，ｄ₁，ｄ₂，…，ｄ_nを求め（ステップ３
８）、同一リング上にある中心点ｃ₁とｄ₁、ｃ₂とｄ
₂、…，Ｃ_nとｄ_nの組合せを行い（ステップ３９）、
同一リング上の干渉縞の中心間距離（ｃ₁・ｄ₁），
（ｃ₂・ｄ₂），…，（Ｃ_n・ｄ_n）を求める（ステッ
プ４０）。このとき、走査する直線はステップ３３〜３
６で求められた点Ｑ即ちニュートンリング２８と交わる
弦の中心を通りかつ弦と直交しているためリング群の中
心を横切っていることから、各々の明リングの直径を求
めたことになる。

【００２４】次いで、凸球面の曲率半径Ｒの計算を行
う。凸球面２の曲率半径Ｒの計算は、ニュートンリング
２８を発生させる光の波長λがあらかじめわかっている
ため、リング半径を求めることによって求められる。ス
テップ４０で求められた（ｃ₁・ｄ₁），（ｃ₂・
ｄ₂），…，（ｃ_n・ｄ_n）の距離即ち各リングの直径
を２分して各リングの半径を求める（ステップ４１）。
そして、各リング半径の値から任意の２本の半径を用い
て曲率半径Ｒを計算する（ステップ４２）。この場合、
例えば隣なる任意の２本の明縞を抽出し、数式４による
それらの相対的な半径の比較から曲率半径Ｒを求める。

【００２５】

【数４】Ｒ＝｛（ｒ_i+1）²−（ｒ_i）²｝／λ この曲率半径Ｒは、更に抽出する２本のリングの組合せ
を変えることによって複数求め、それを平均することに
よって求められる。次にステップ４２で求められた曲率
半径Ｒをディスプレイに表示する（ステップ４７）。そ
して、リターン（ステップ４８）で終了する。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の光コネクタの端面検査装置は撮像手段によって凸球面
上に生じたニュートンリングを画像情報として取込み、
個々の干渉縞を判別すると共に同一リングに属する干渉
縞同士を組合せてリングの直径を求め、このニュートン
リングのうちの２つのリングの直径の相対的な大きさの
比較から凸球面の曲率半径Ｒを求めるようにしたので、
触針でフェルール端面を傷付けることがない。また、単
一のニュートンリングから曲率半径を計算するのではな
く２つのリングの相対的な大きさの比較で計算をするの
で、干渉縞参照面とフェルール端面との接触状態あるい
は干渉レンズを用いた非接触参照面とフェルールとの位
置関係等に左右されずに曲率半径が求められる。更に、
視野中の複数のリングをすべて使って計算するので、信
頼性の高い測定結果が得られ、測定値の再現性も高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光コネクタの端面検査装置の一実施例
を示すシステム構成図である。

【図２】図１のシステム構成における顕微鏡対物部の概
略説明図で、（Ａ）は干渉対物レンズを、（Ｂ）は支持
部材を示す。

【図３】ニュートンリングの直径及び中心を求める方法
の説明図である。

【図４】本発明の光コネクタの端面検査装置のフローチ
ャートの一部である。

【図５】本発明の光コネクタの端面検査装置のフローチ
ャートの続きである。

【符号の説明】

１光コネクタ２測定対象面３光ファイバ４フェルール１０結像光学系１５撮像手段１８支持部材を構成する固定ブロック１９支持部材を構成する可動ブロック２１干渉縞判別手段２２リング直径検出手段２３曲率半径検出手段２８ニュートンリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェルールの中心に光ファイバを貫通さ
せて固定し、それらの端面を凸球面に加工した光コネク
タの端面形状を検査する装置において、前記光コネクタ
の測定対象面に発生させたニュートンリングを画像情報
として取込む撮像手段と、この画像情報を解析し干渉縞
を判別する干渉縞判別手段と、各ニュートンリングの直
径を求めるリング直径検出手段と、前記ニュートンリン
グのうち任意の２つのニュートンリングの直径の相対的
な比較から前記凸球面の曲率半径を求める曲率半径検出
手段とから成ることを特徴とする光コネクタの端面検査
装置。
【請求項２】前記曲率半径検出手段は任意の２つのニ
ュートンリングの直径の組合せを複数設定してそれぞれ
から凸球面の曲率半径を求め、更にこれらを平均して曲
率半径を求めることを特徴とする請求項１記載の光コネ
クタの端面検査装置。