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技術 対象物の中央部の特徴のオフセットを正確に計算するための偏心測定システムおよび方法

出願人 エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション
発明者 アンドレイシプクスジョンマークパルムクイスト
出願日 1996年7月31日 (25年6ヶ月経過) 出願番号 1996-200897
公開日 1997年5月16日 (24年8ヶ月経過) 公開番号 1997-126719
状態 未査定
技術分野 光学的手段による測長装置
主要キーワード 接続構造物 偏心値 偏心ベクトル 分割スリーブ 装着端 測定試験装置 自動機構 装着ブラケット
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年5月16日)のものです。
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図面 (20)

課題

対象物の中央部の特徴のオフセットの程度を正確に計算するための偏心測定ステムおよび方法。

解決手段

このオフセット測定システムおよび方法は、光ファイバ終端部の理論上の理想的な中心に対する、光ファイバのコア偏心を測定するための自動検査システムに特に適している。検査システム30は、特徴映像装置38と、境界セグメント映像装置36と、映像装置に接続している機械視覚システム34を有している。特徴映像装置は、特徴(例えば、光ファイバのコアの端面)の映像捕捉する位置に設置され、境界セグメント映像装置は、対象物(例えば、終端部の端面)の対応する境界セグメントの映像を捕捉する位置に設置されている。機械視覚システム34は、特徴の映像と、境界セグメントの映像と、オフセット測定システムおよび方法に基づいて、オフセット、すなわち、偏心を決定する。

概要

背景

通信に使用される光ファイバケーブルは、光ファイバを含んでいる。光ファイバは、光を伝達するコアと、コアの周囲を取り巻き保護している被覆を持っている。被覆は、ケーブルを完成するための一つまたはそれ以上のコーティング絶縁遮蔽および/または支持層で覆われている。通常の光ファイバ・コアの直径が約8−50ミクロンしかないことを考えると、二本の光ファイバ・ケーブルのコアを正確に整合して接続するのは至難の業である。

接続する光ファイバをそのように正確に接続するためには、いくつかの異なる接続形状がこの業界で開発されてきた。光ファイバを接続するための一つの周知の形状は、フェルール接続と呼ばれる。パルキストの米国特許第4,738,508号およびパルムキストの米国特許第4,738,507号の両方に、フェルール接続の一例が開示されている。もう一つの周知の方法は、双円錐接続と呼ばれる。ライオネス他の米国特許第4,787,698号に双円錐接続の一例が開示されている。

上記の接続形状は両方とも、接続される光ファイバ・ケーブルの両端部は切断され、終端部には周囲を取り巻いている支持材料、またはプラグが取り付けられる。最適の性能を発揮させ、光エネルギー損失および反射を最も少なくするために、別々の光ファイバの終端部の端面を、各端面のコアが正確に整合するように接続しなければならない。上記のように接続するためには、終端部の端面は、対応する終端プラグ上の各整合面係合し、整合する接続構造物により接続される。フェルール接続の場合には、整合面は、プラグの全体的に円筒形の一番外側の境界面であり、その直径は約2500ミクロンである。さらに、双円錐終端部の場合には、整合面は、約4400ミクロンの端面を持っている斜めの面取り部である。上記の接続法のどちらかにより、光ファイバの終端部をうまく接続するには、コアの端面を終端部の端面の中心に極めて近いところに配置する必要がある。(直径約8−50ミクロンの)コアの端面は、(フェルール接続の場合は約2500ミクロン、双円錐接続の場合には約4400ミクロンの)終端部整合面の直径と比較すると遥かに細い。さらに、整合面に対するコアのオフセット、すなわち、偏心は、二つの係合する各終端部上で1ミクロンを超えてはならない。上記の精度を満足させるためには、偏心を約0.1ミクロンの精度で測定することが望ましい。以下に偏心を測定するための先行技術によるいくつかの周知の方法について説明する。

第一の方法は、工具顕微鏡視野軸に対して平行に終端部の軸を設置した状態で、工具顕微鏡に対して終端部の端面を移動させることにより、コアの端面と終端部の端面の境界にデジタル変換点を設置している。コアおよび終端部の各中心を決定するために、デジタル変換点に数式が適用される。偏心とは、これら二つの中心点の間の距離であると定義されている。

偏心を測定する第二の方法は、V型支持ブロックのような固定装置内で終端部を回転させながら、高倍率顕微鏡によりコアを観察する方法を使用している。終端部がその縦軸を中心にして回転している間に、コアの動きが測定される。終端部が回転する際のコアの中心を示す点の軌跡は、一般に円形で、円の半径は偏心に等しい。双円錐接続に関する上記の技術は、ライオネス他の米国特許第4,787,698号に、またフェルール接続に関する上記の技術は、パームキストの米国特許第4,738,508号に開示されている。

偏心を測定する第三の方法は、偏心の影響の測定に焦点を当てていて、試験中の終端部を、無視できる程度の偏心を持っていることが知られている「金のコネクタ」と呼ばれることもある、基準コネクタ相互接続する方法を使用している。接続構造物と接続させた後で、そこを通る光の通過が測定される。偏心は、光の損失および光の損失を偏心の関数として定義している、一つまたはそれ以上の数式に基づいて決定される。

第四の方法は、以下に説明するように、今日まで基本的にははっきりしているが、まだ証明されていない方法である。この方法は、全終端部の端面およびコアと終端部の境界への接合点映像入手する方法を使用している。上記の映像を生成した後で、オフセットは周知の数学的方法で直接計算することができる。例えば、最初境界ピクセルおよびコア・ピクセルにそれぞれ円を適用し、その後で円の各中心を決定すれば、オフセットは円の各中心間の変位として計算することができる。

概要

対象物の中央部の特徴のオフセットの程度を正確に計算するための偏心測定ステムおよび方法。

このオフセット測定システムおよび方法は、光ファイバの終端部の理論上の理想的な中心に対する、光ファイバのコアの偏心を測定するための自動検査システムに特に適している。検査システム30は、特徴映像装置38と、境界セグメント映像装置36と、映像装置に接続している機械視覚システム34を有している。特徴映像装置は、特徴(例えば、光ファイバのコアの端面)の映像を捕捉する位置に設置され、境界セグメント映像装置は、対象物(例えば、終端部の端面)の対応する境界セグメントの映像を捕捉する位置に設置されている。機械視覚システム34は、特徴の映像と、境界セグメントの映像と、オフセット測定システムおよび方法に基づいて、オフセット、すなわち、偏心を決定する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

対象物の中央部の特徴のオフセットを測定するためのオフセット測定方法であって、上記の特徴の映像、および上記の対象物の各境界セグメントの複数の境界セグメントの映像を捕捉するステップと、合成映像を得るために、上記の特徴映像と、上記の境界セグメントの映像とを結合するためのステップと、上記の合成映像内の上記の特徴の中心を決定するステップと、上記の合成映像内の上記の境界セグメントの位置を決定するステップと、上記の各境界セグメントに曲線を適用するステップと、上記の曲線の中心を確認するステップと、上記の特徴の中心から外側に半径方向に延びる線を引くステップと、上記の曲線の各中心を、上記の半径方向に延びる線の対応する一本の上に位置させるステップと、上記の半径方向に延びる線と上記の曲線の間の交点を、決定するステップと、上記の交点の位置を予め定めた交点の位置と比較することによって、上記のオフセットを決定するステップとを含む方法。

請求項2

上記の対象物が、光ファイバ終端部の端面であり、上記の特徴が光ファイバのコアであり、上記のオフセットが上記の周囲の支持材に対する上記のコアの偏心である請求項1に記載の方法。

請求項3

上記の半径方向に延びる線を、特徴の中心の周囲に対称形に配置するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

請求項4

それぞれが上記の特徴の中心の位置に対応する、上記の予め定めた交点の複数の組を含む変換マップを作成するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

請求項5

数式および上記の特徴の中心に基づいて、上記の交点の位置を収集するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

請求項6

参照テーブルおよび上記の特徴の中心に基づいて、上記の交点の位置を収集するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

請求項7

上記の合成映像を得るために、上記の特徴映像と上記の境界セグメントの映像とを結合し、電荷結合素子上に上記の特徴の映像と上記の境界セグメントの映像を投影するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

請求項8

上記の曲線を適用するとき、予め定めた直径の曲線を使用するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

請求項9

上記の特徴の中心に、周囲に直角に上記の半径方向に延びる線を配置するステップをさらに含む請求項3に記載の方法。

請求項10

対象物の中央部の特徴のオフセットを測定するためのオフセット測定システムであって、(a)一台の中央部の特徴の映像を捕捉するように構成されている特徴映像装置と、上記の対象物の各境界セグメントの映像を捕捉するように構成されている複数の境界セグメント映像装置を含み、上記の特徴の映像と上記の境界セグメントの映像から合成映像を作るように構成されている上記の対象物を映像化するための映像化システムと、(b)上記の映像化システムにインタフェースを通して接続していて、上記の特徴の映像および上記の境界セグメントの映像に基づいて、上記のオフセットを決定するように構成されている機械視覚システムと、(c)オフセット測定手段とを含み、上記オフセット測定手段が、(1)上記の合成映像内で、上記の特徴の中心を決定するための手段と、(2)上記の合成映像内で、上記の境界セグメントの位置を決定するための手段と、(3)上記の各境界セグメントに、曲線を適用するための手段と、(4)上記の曲線の中心を、確認するための手段と、(5)上記の特徴の中心から外側に半径方向に延びる線を、引くための手段と、(6)上記の各曲線の中心を、上記の半径方向に延びる線の内の対応する一本上に、位置させるための手段と、(7)上記の半径方向に延びる線と、上記の曲線との間の交点を決定するための手段と、(8)上記の交点の位置を、予め定めた交点の位置と比較することによって、上記のオフセットを測定するための手段とを有するシステム

請求項11

上記の対象物が、光ファイバの終端部の端面であり、上記の特徴が光ファイバのコアであり、上記のオフセットが上記の周囲の支持材に対する上記のコアの偏心である請求項10に記載のシステム。

請求項12

上記の(c)(5)の手段が、半径方向に延びる線を特徴の中心の周囲に対称形に配置するように構成されている請求項10に記載のシステム。

請求項13

上記のオフセット測定手段が、それぞれが上記の特徴の中心の位置に対応する、上記の予め定めた交点の位置の複数の組を含む変換マップを含む請求項10に記載のシステム。

請求項14

上記のオフセット測定手段が、上記の特徴の中心に基づいて、上記の交点の位置を収集するための数式を含む請求項10に記載のシステム。

請求項15

上記の映像化システムが、上記の合成映像を得るために上記の特徴の映像と上記の境界セグメントの映像とを結合するための電荷結合素子を含む請求項10に記載のシステム。

請求項16

終端部の映像から、終端部の端面における終端部に対する、光ファイバのコアの偏心を測定するためのプログラムを有しているコンピュータ読むことができる記憶媒体であって、上記のコンピュータ・プログラムが、上記の映像内でコアの端面の中心と、上記の終端部の端面の複数の境界セグメントを位置づけるための手段と、上記の各境界セグメントへ曲線を適用するための手段と、上記の曲線の中心を確認するための手段と、上記のコアの端面の中心から外側へ半径方向に延びる線を描くための手段と、上記の各曲線の中心を上記の半径方向に延びる線の対応するものの上に位置させる為の手段と、上記の半径方向に延びる線と上記の曲線との交点の位置を決定するための手段と、上記の交点の位置と予め定めた交点の位置とを比較することによって、上記のオフセットを測定するための手段とを含む記憶媒体。

技術分野

0001

本発明は、一般に測定システム試験システムおよび品質管理システムに関し、特に対象物の中央部の特徴のオフセットの程度を、正確に計算するための偏心測定ステムおよび方法に関する。この偏心の測定システムおよび方法は、特にコアの直径が終端部整合面と比較すると非常に細い、光ファイバ終端部の整合面の理論上の理想的な中心に対する、光ファイバのコアのオフセット、すなわち、偏心の程度を計算するのに適しているが、それに限定されない。

背景技術

0002

通信に使用される光ファイバ・ケーブルは、光ファイバを含んでいる。光ファイバは、光を伝達するコアと、コアの周囲を取り巻き保護している被覆を持っている。被覆は、ケーブルを完成するための一つまたはそれ以上のコーティング絶縁遮蔽および/または支持層で覆われている。通常の光ファイバ・コアの直径が約8−50ミクロンしかないことを考えると、二本の光ファイバ・ケーブルのコアを正確に整合して接続するのは至難の業である。

0003

接続する光ファイバをそのように正確に接続するためには、いくつかの異なる接続形状がこの業界で開発されてきた。光ファイバを接続するための一つの周知の形状は、フェルール接続と呼ばれる。パルキストの米国特許第4,738,508号およびパルムキストの米国特許第4,738,507号の両方に、フェルール接続の一例が開示されている。もう一つの周知の方法は、双円錐接続と呼ばれる。ライオネス他の米国特許第4,787,698号に双円錐接続の一例が開示されている。

0004

上記の接続形状は両方とも、接続される光ファイバ・ケーブルの両端部は切断され、終端部には周囲を取り巻いている支持材料、またはプラグが取り付けられる。最適の性能を発揮させ、光エネルギー損失および反射を最も少なくするために、別々の光ファイバの終端部の端面を、各端面のコアが正確に整合するように接続しなければならない。上記のように接続するためには、終端部の端面は、対応する終端プラグ上の各整合面を係合し、整合する接続構造物により接続される。フェルール接続の場合には、整合面は、プラグの全体的に円筒形の一番外側の境界面であり、その直径は約2500ミクロンである。さらに、双円錐終端部の場合には、整合面は、約4400ミクロンの端面を持っている斜めの面取り部である。上記の接続法のどちらかにより、光ファイバの終端部をうまく接続するには、コアの端面を終端部の端面の中心に極めて近いところに配置する必要がある。(直径約8−50ミクロンの)コアの端面は、(フェルール接続の場合は約2500ミクロン、双円錐接続の場合には約4400ミクロンの)終端部整合面の直径と比較すると遥かに細い。さらに、整合面に対するコアのオフセット、すなわち、偏心は、二つの係合する各終端部上で1ミクロンを超えてはならない。上記の精度を満足させるためには、偏心を約0.1ミクロンの精度で測定することが望ましい。以下に偏心を測定するための先行技術によるいくつかの周知の方法について説明する。

0005

第一の方法は、工具顕微鏡視野軸に対して平行に終端部の軸を設置した状態で、工具顕微鏡に対して終端部の端面を移動させることにより、コアの端面と終端部の端面の境界にデジタル変換点を設置している。コアおよび終端部の各中心を決定するために、デジタル変換点に数式が適用される。偏心とは、これら二つの中心点の間の距離であると定義されている。

0006

偏心を測定する第二の方法は、V型支持ブロックのような固定装置内で終端部を回転させながら、高倍率顕微鏡によりコアを観察する方法を使用している。終端部がその縦軸を中心にして回転している間に、コアの動きが測定される。終端部が回転する際のコアの中心を示す点の軌跡は、一般に円形で、円の半径は偏心に等しい。双円錐接続に関する上記の技術は、ライオネス他の米国特許第4,787,698号に、またフェルール接続に関する上記の技術は、パームキストの米国特許第4,738,508号に開示されている。

0007

偏心を測定する第三の方法は、偏心の影響の測定に焦点を当てていて、試験中の終端部を、無視できる程度の偏心を持っていることが知られている「金のコネクタ」と呼ばれることもある、基準コネクタ相互接続する方法を使用している。接続構造物と接続させた後で、そこを通る光の通過が測定される。偏心は、光の損失および光の損失を偏心の関数として定義している、一つまたはそれ以上の数式に基づいて決定される。

0008

第四の方法は、以下に説明するように、今日まで基本的にははっきりしているが、まだ証明されていない方法である。この方法は、全終端部の端面およびコアと終端部の境界への接合点映像入手する方法を使用している。上記の映像を生成した後で、オフセットは周知の数学的方法で直接計算することができる。例えば、最初境界ピクセルおよびコア・ピクセルにそれぞれ円を適用し、その後で円の各中心を決定すれば、オフセットは円の各中心間の変位として計算することができる。

発明が解決しようとする課題

0009

しかし、現在では、上記の方法は実際には使用されない。何故なら、(直径約8ミクロンの)コアの端面と(直径2500ミクロンの)終端部の端面との間のサイズの差があまりに大きすぎるからである。都合の悪いことに、従来の機械視覚システムはの標準解像度は、通常512x512画素(ピクセル)であるが、この解像度ではコアを正確に設置するには不十分である。より詳細に説明すると、終端部の端部の直径が2500ミクロンである場合には、各ピクセルの大きさは約5ミクロンである。直径約8ミクロンのコアの場合、そのコアのサイズは1または2ピクセルに過ぎず、従って必要とする0.1ミクロンの精度でコアを設置することは不可能である。終端部を0.1ミクロンの精度で設置するには、1ピクセルの約1/50のサブピクセルの解像度を必要とし、この解像度は一般には、機械視覚技術で通常達成できるとは考えられない。さらに、終端部の端面の映像を、コアを適当な数のピクセルで表すことができる程度にまで拡大すると、もはや終端部の境界を映像内で見つけることができなくなり、その位置を正確に確定できなくなる。さらに、映像を作る上で厄介なのは、終端部の境界とコアの境界が通常同一平面上にないことである。

0010

それ故、この業界で待望されてきたのは、現在周知のシステムと比較すると、より少ない労力で、より少ない材料で、そしてより少ないコストで、少なくとも0.1ミクロンでの精度で、光ファイバの終端部の偏心を接しないで測定するシステムである。より詳細に説明すると、工具顕微鏡のような座標測定システム上で終端部を移動させなくても、相対的なコアの動きを観察するために、縦軸を中心にして終端部を回転しないでも、また整合のずれによる光の損失を測定するために、終端部を送信測定試験器に接続しないでも、少なくとも0.1ミクロンの精度で光ファイバの終端部の偏心を、接しないで測定するためのシステムの開発が待望されてきた。

課題を解決するための手段

0011

本発明は、対象物の中央部の特徴のオフセットの程度を、正確に計算するための偏心測定システムおよび方法を提供する。この偏心測定システムおよび方法は、特にコアの直径が終端部の整合面と比較すると非常に細い、光ファイバ終端部の整合面の理論上の理想的な中心に対する、光ファイバのコアのオフセット、すなわち、偏心の程度を計算するのに適しているが、それに限定されない。この意味からいって、終端部の整合面と比較すると、コアの直径が非常に細いこと(通常、フェルール終端部の約1/50から1/300、双円錐終端部の約1/80から1/550)に留意されたい。

0012

検査システムは、一般に(a)特徴映像化装置と、一つまたはそれ以上、好適には四つの境界セグメント映像化装置を含んでいる映像化システムと、(b)映像化システムに接続している機械視覚システムからなっている。特徴映像化装置は、特徴(例えば、光ファイバのコア)の映像(特徴映像)を捕捉する位置に設置され、一つまたはそれ以上の境界セグメント映像化装置は、対象物(例えば、終端部の端部)の境界セグメントの映像を捕捉する位置に設置されている。対象物が終端部である場合には、特徴はコアであり、境界セグメントは、整合面の端部境界であるが、この整合面の端部境界は、フェルール接続の場合には、プラグの全体的に円筒形の一番外側の境界面であり、双円錐接続の場合には、斜めの面取り部である。最後に、機械視覚システムは、特徴映像および一つまたはそれ以上の境界セグメントの映像に基づいてオフセット(例えば、終端部の端面の偏心)を測定する。

0013

特徴映像化装置および各境界セグメント映像化装置は、好適には各レンズからなることが好ましい。各境界セグメント・レンズは、第一の平面内に位置し、特徴レンズは第一の平面に実質的に平行な第二の平面内に位置している。さらに、第一および第二の平面は、対象物の特徴と境界との間の縦方向の隙間に対応する距離だけ離れている。さらに、カメラ、例えば、電荷結合素子(CCD)は、特徴および境界セグメント・レンズにより形成され、合成映像を作成するための複数の映像を同時に受信するためのレンズに隣接して設置されている。最後に、好適な実施例の場合には、各境界セグメント・レンズがその各境界セグメントを倒立し、その内部に保持するように、また特徴レンズが倒立してない映像をカメラに送るように、対物レンズとコレククタ・レンズは、各映像化装置レンズの両側に設置されている。

0014

検査システムの機械視覚システムは、試験中の対象物の特徴が、対象物の理論上の理想の中心Cideal からどのくらいオフセットしているかを計算する検査方法を使用し、またこの方法で駆動されている。この試験方法は、だいたい以下のように要約することができる。終端部の端面は、映像化システムの境界セグメント映像化装置および特徴映像化装置に露出される。境界セグメント映像化装置は整合面の境界セグメントを表す境界セグメント映像を形成する。さらに、特徴映像化装置は、問題の特徴を表す特徴映像を形成する。好適な実施例の場合には、各映像は、一つの合成映像に合成され、合成映像を表す電気信号は機械視覚システムに送られ分析される。一方、各映像化装置は、そのそれぞれの問題の領域を表す別々の電気信号を生成することができ、別々の電気信号は機械視覚システムに送られ、ここで電気信号は、ソフトウェアまたはファームウェア内で、合成映像を組み立てるために使用され、分析される。

0015

機械視覚システムは、下記のように、合成映像から整合面に対するオフセット、すなわち、偏心を測定する。曲線(例えば、既知の直径の円)は、各境界セグメント映像化装置36が捕捉した各境界セグメントに適用される。終端部の端面の中心Ttestは、一つまたはそれ以上の適用曲線に基づいて数学的に確認される。一般に、使用する曲線の数が多ければ多いほど、理論的な終端部の端面の中心Ttestの測定は正確になる。好適な実施例の場合には、四つの境界セグメント映像化装置を使用しているので、整合面に適用される円は四つある。さらに、実際のコアの端面の中心Ctestは、例えば、勾配分析のような、しかしこれに限定されない合成映像の任意の適当な分析を使用して決定される。

0016

偏心は、後で詳細に説明する二つの実施例(図11図13較正および偏心測定用に第一の実施例、および図14図16の較正および偏心測定用の第二の実施例)を使用して測定される。第一の実施例の場合には、偏心ベクトルeは、距離ベクトルdtest(本明細書では太字で示すベクトル。dtestは大きさと方向を持っている。)を距離ベクトルdideal と比較して測定される。距離ベクトルdtestは、コア端面の中心Ctestと、終端部の端面の中心Ttestとの間の変位を表す。両方の中心とも、試験終端部に対応している。距離ベクトルdideal は、コア端面の中心Cideal と、終端部の端面の中心Tideal との間の変位を表す。両方の中心とも、理想的な終端部(すなわち、デミニミスの偏心を特徴としている終端部)に対応していて、検査システムの初期化が行われている間に、記憶される。偏心ベクトルeの大きさは、必要とする偏心値であり、偏心ベクトルeの角度は偏心の角度を反映している。

0017

第二の実施例(最善モード)の場合には、偏心は、最初にコア端面の中心Ctestから外側に半径方向に線を引き、各半径方向に延びる線上の各適合円の中心の位置を測定することによって決定される。さらに、半径方向に延びる線が適合円と交差する交点が、確認され、理想終端部の端面の中心Cideal に対応する理想交点と比較される。理想的な交点を持っている変換マップ(参照テーブルまたは式)は、検査システムの初期化中に作成され、理想的な交点はコア端面の中心Ctestに基づいて、動作中に検索される。最後に、偏心は理想的な交点を実際の交点と比較して測定される。

0018

本発明の新規オフセット測定システムおよび方法は、多くの利点を持っているが、そのうちのいくつかの例を以下に説明する。本発明のオフセット測定システムおよび方法の一つの利点は、通常0.1ミクロン以下という非常に高い精度で、対象物の中央部の特徴のオフセットを測定できるということである。

0019

本発明のオフセット測定システムおよび方法のもう一つの利点は、対象物の中央部の特徴のオフセットを、個々の光学的素子が生成した映像構成要素を持つ一つの合成映像だけを分析するだけで、サブミクロン単位の正確さで測定できるということである。

0020

本発明のオフセット測定システムおよび方法のもう一つの利点は、従来技術と比較すると、終端部(例えば、フェルール・タイプまたは双円錐タイプ)において光ファイバのコアの偏心を簡単に試験することができるということである。

0021

本発明のオフセット測定システムおよび方法のもう一つの利点は、従来技術ではやむを得ず行われていたように、対象物を測定中に回転させたり、移動させたりしなくても、終端部において光ファイバのコアの偏心を正確に計算できるということである。

0022

本発明のオフセット測定システムおよび方法のもう一つの利点は、従来技術ではやむを得ず行われていたように、工具顕微鏡のような座標測定システム上で終端部を移動しなくても、終端部において光ファイバのコアの偏心を正確に計算できるということである。

0023

本発明のオフセット測定システムおよび方法のもう一つの利点は、従来技術ではやむを得ず行われていたように、相対的なコアの移動を観察するために、縦軸を中心にして終端部を回転させなくても、終端部において光ファイバのコアの偏心を正確に計算できるということである。

0024

本発明のオフセット測定システムおよび方法のもう一つの利点は、従来技術ではやむを得ず行われていたように、整合のずれによって生じた光の損失を測定するために、送信測定試験装置に終端部を接続しなくても、終端部において光ファイバのコアの偏心を正確に計算できるということである。

0025

業者なら、図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読めば、本発明の他の特徴および利点を理解できると思う。本明細書のすべての追加の特徴および利点は、特許請求の範囲に定義するように、本発明の範囲内に含まれる。

発明を実施するための最良の形態

0026

この特定な用途に限定されないけれども、本発明の検査システムは、終端部の中心に対する光ファイバのコアのオフセット、すなわち、偏心の程度を、光ファイバの終端部の端面において、非接触および非破壊で測定するのに特に適している。この用途の場合、光ファイバのコアは、一番外側の終端部の境界と比較すると非常に細い(通常、約1/50−1/30)。説明を分かりやすくするために、フェルール接続用の光ファイバの終端部を図1Aおよび図1Bに示し、検査システムを、上記の特定のタイプの終端部の映像化と関連させて説明する。後で説明する双円錐接続の終端部が、パームキストの米国特許第4,738,508号および同人の米国特許第4,738,507号により詳細に開示されていることに留意されたい。さらに、検査システムは、特にライオネス他の米国特許第4,787,698号内に開示されている双円錐内に使用されている終端部を含む、他のタイプの終端部の偏心を測定するのにも使用することができることに留意されたい。

0027

I.光ファイバの終端部および偏心の測定
図1Aは、フェルールの終端部21を示す。フェルールの終端部21は、全体が円筒形の内部光ファイバ24を取り囲んでいる、全体が円筒形の外側の支持層、すなわち、プラグ22を含んでいる。終端部21の端面21’は、光ファイバの端面24’の周囲に位置しているプラグ端面22’を含んでいる。端面22’および24’は、一緒に光ファイバ24の縦軸zを横切る(通常は、半径18mmの)全体的に連続している球面曲率を形成している。終端部の端面21’は、さらにプラグ端面22’および円筒形の一番外側のプラグ境界面22''' との間に位置している斜めの面取り部22''を含んでいる。上記のプラグ境界面22''' は、整合面と呼ぶことができる。何故なら、別々の終端部21を整合させるために、接続状態の接続構造物と係合し、それによって案内されるからである。斜めの面取り22''は、全体的に円錐で環状の形をしていて、長手方向の光ファイバ24に対して対称形になっている。さらに、整合面22''' の大きさは、通常好適な実施例のフェルールの終端部21内では、約2500ミクロンである。

0028

光ファイバ24は、図1Bおよび図1Cに示すように、外側の細長被覆層27およびコア端面28’を持っている細長い円筒形コア28を含んでいる。コアの太さは、一般に約8−50ミクロンである。それ故、コアは、プラグ22の整合面22''' と比較すると、遥かに細い(通常、フェルール接続の終端部の場合には、約1/50から1/300、双円錐接続の終端部の場合には、約1/80−1/550)。

0029

別々の終端部21を接続する場合には、最適の性能を発揮させ、光エネルギーの損失および反射を最も少なくするために、別々の光ファイバの終端部21の端面21’を、各端面21’のコアの端面28’が正確に整合するように接続しなければならない。上記のように接続するためには、終端部の端面21’は、図1Dの断面に示すように、対応する終端プラグ上の各整合面22''' と係合し、整合する接続構造物により接続される。通常、接続構造体26は、全体的に円筒形のスリーブ29またはそれに相当するものからなっている。スリーブ29を持っている接続構造体26は、パームキストの米国特許第4,738,508号に開示されている。フェルールの終端部の場合には、終端部は約2500ミクロンの外側整合面22''' を持っていて、この整合面は接続構造体26によって整合され、案内される。

0030

光ファイバの終端部の接続の際に、終端部21のコアの端面28’をさらに正しく接続させるために、各終端部21のコアの端面28’は、終端部の端面21’に極めて近接して配置されなければならない。終端部の偏心は、通常終端部の整合面の中心からのコアの端面28’の偏差によって表される。偏心の概念については、図1Bのところでさらに詳細に説明する。説明を分かりやすくするために、終端部21の偏心は視覚的に誇張されている。本明細書においては、偏心は、整合面22''' によって決まる端面部分の理論上の理想的な中心Cideal からの、試験終端部21に対応していて、中心Ctestを持っているコアの端面28’の偏差または変位であると定義されている。すでに説明したように、整合面22''' に対するコアの端面28’の偏心は、最適な性能を発揮するためには、二つの終端部21のそれぞれの上で1ミクロンを超えてはならない。上記の精度を達成するためには、約0.1ミクロン以内の精度で偏心を測定することが望ましい。

0031

フェルール接続の終端部の偏心の測定値は、双円錐接続の終端部での偏心の測定値と若干異なるということに留意されたい。より詳細に説明すると、双円錐接続の終端部の場合には、整合面は斜めの面取り部で、この面取り部はフェルールの終端部内の斜めの面取り部より遥かに広く、偏心を測定するための問題の境界は、プラグの境界が斜めの面取り部と接合する境界である。さらに、上記の境界の直径は、通常4400ミクロンである。

0032

II.自動検査システム
A.アーキテクチャ
図2に、本発明の自動検査システム30のブロック図を示す。自動検査システム30は、対象物を破壊しないで、またそれと接しないで、上記の対象物の理論上の理想的な中心Cideal からの、対象物(例えば、光ファイバの終端部)の特徴(例えば、光ファイバ・コア)のオフセットを、正確に測定するのに使用することができる。以下の検査システム30に関する説明は、後で説明するシステム30の特定の装置(すなわち、検査システム30a、30a’、30b、30c、30d)にも同様に適用することができることに留意されたい。

0033

アーキテクチャにおいて、検査システム30は、映像化システム32を持っている。映像化システム32は、一つまたはそれ以上の境界セグメント映像化装置36(図を簡単にするために、図2および特定の装置内には一つしか図示していない、整合面22''' の周囲に等間隔で配置された四つ境界セグメント映像化装置を使用するのが好適である。)および特徴映像化装置38を持っている。各境界セグメント映像化装置36は、図2点線で示すように、整合面22''' の各境界セグメントの映像を捕捉するように構成されている。さらに、特徴映像化装置38は、整合面22''' からのオフセットを示す問題の特徴の映像を、捕捉するように構成されている。映像化装置36、38は、上記の光学的映像を受信し、その光学的映像を処理用の電気信号に変換するための、従来または特注の適当な装置なら何でもいい。さらに、映像化装置36、38は、特定の装置の説明を読めばよりはっきりすると思われるが、ハードウェア共有することができる。

0034

検査システム30がフェルールの終端部の端面21’を映像化するのに使用される場合には、特徴(終端部のコア)と終端部の端面21’上の境界セグメントとの間の焦点面内の違いを調整するために、特徴映像化装置38を、終端部の端面21’から境界セグメント映像化装置36の少し(約0.5mm)後に引っ込めることが望ましい。このような形状にすることにより、終端部の端面21’の焦点を最適に結ぶことができ、偏心の大きさをより正確に測定することができる。

0035

上記の映像情報を処理するために、機械視覚システム34と光システム32は相互に接続している。機械視覚システム34は、従来または特注のもので、各映像化装置36、38からの電気信号42、44を処理するように構成されているロジックプロセッサまたはコンピュータならどれでもいい。好適な実施例の場合には、機械視覚システム34は、好適には、実行可能なソフトウェア・プログラムの形をしているのが好ましい検査方法140(図10A−図10B)を実行し、それにより駆動される。

0036

映像化システム32は、自動焦点調整機構FAM)39と相互に接続していて、FAMにより選択的に動かされる。FAMは、矢印41で示すように、機械視覚システム34により制御される。FAM39は、インタフェースを通して光システム32に接続していて、その結果、機械視覚システム34が正確に映像化し、また正確に分析するために各領域に焦点を結ぶことができるように、映像装置36、38は、端面21’上の映像化される各領域へ、また各領域から、独立して、または一緒に移動することができる。

0037

そうしたい場合には、矢印47で示すように、出力装置46を使用することもできるし、機械視覚システム34に接続することもできる。出力装置46は、ユーザに情報を提供するための適当な機構であれば何でも使用することができる。例えば、出力装置46は従来のディスプレイまたはプリンタであってもいい。診断および動作パラメータおよび恐らくユーザからの開始信号を受信する以外は、検査システム30およびその特定の装置は完全に自動化されている。事実、本明細書に記載したように、検査システムは他の自動化システムと完全に自動的に連絡できるように設定することができる。

0038

これもオプションである入力装置48は、矢印で示すように、ユーザからプロンプトまたは情報を受信し、その情報を機械視覚システム34に送るための適当な機構であれば何でもいい。例えば、入力装置48は、従来のコンピュータ・キーボードマウストラックボール等であってもいい。

0039

試験中の対象物の周囲の照明条件によって、光源で対象物をしっかりと照明しなければならない場合がある。好適な実施例の場合には、映像化装置36、38により映像を捕捉するために、光ファイバの終端部21は適当な光源により照明される。いくつかの照明の実施例(例えば、図7B)については後で説明する。

0040

検査システム30は、光ファイバの終端部21の品質管理モニタするために、商業用の光ファイバ製造施設または他の施設内に設置することができる。さらに、試験中の終端部21は、手動または自動機構により、映像化システム32に対して配置することができる。一例をあげると、終端部21は、直列に配置されている多くの他の終端部21と一緒にコンベア上に配置することができ、検査システム30によって自動的に測定ができるように、映像化システム32の前を移動させることができる。

0041

B.動作
検査システム30が作動しているときは、終端部の端面21’は、映像化システム32の境界セグメント映像化装置36および特徴映像化装置38によって撮影される。境界セグメント映像化装置36は、整合面22'''の境界セグメントを表す境界セグメント映像をつくりだす。さらに、特徴映像化装置38は、問題の特徴を表す特徴映像をつくりだす。図2の参照番号42、44、45で示すように、好適な実施例の場合には、各映像は一つの合成映像に合成され、合成映像を表す電気信号が分析のために機械視覚システム34に送られる。一方、各映像化装置36および38は、問題の各領域を表す別々の電気信号を生成させ、これら電気信号は機械視覚システム34へ送られ、そこで電気信号はソフトウェアおよびファームウェア内で合成映像を組み立てるために使用され、また分析される。

0042

機械視覚システム34は、合成映像から、以下のように、整合面22''' に対する特徴のオフセット、すなわち、偏心を測定する。曲線(例えば、既知の直径の円)が、各境界セグメント映像化装置36が捕捉した各境界セグメントと比較される。終端部の端面の中心Ttestは、一つまたはそれ以上の適合曲線に基づいて数学的に確認される。一般的にいって、使用する曲線の数が多ければ多いほど、理論上の終端部の端面の中心Ttestの測定は正確になる。好適な実施例の場合には、四台の境界セグメント映像化装置36が使用されていて、その結果、整合面22''' に適用される円の数は四つになる。さらに、試験中の対象物の実際のコアの端面の中心Ctest は、例えば、勾配分析のような、しかしそれに限定されない合成映像の任意の適当な分析を使用して決定することができる。

0043

後で詳細に説明する二つの実施例(図11図13の較正および偏心測定用の第一の実施例、および図14図16の較正および偏心測定用の第二の実施例)を使用して、偏心の測定が行われる。第一の実施例の場合には、偏心ベクトルeは、距離ベクトルdtestを、距離ベクトルdideal と比較して測定される。距離ベクトルdtestは、コア端面の中心Ctestと、終端部の端面の中心Ttestとの間の変位を表す。両方の中心とも試験終端部21に対応している。距離ベクトルdideal は、理想的なコア端面の中心Cideal と、理想的な終端部の端面の中心Tideal との間の変位を表す。両方の中心とも、理想的な終端部21(すなわち、デミニミスの偏心を特徴としている終端部)に対応していて、検査システム30の初期化が行われている間に、記憶される。さらに、偏心の大きさおよび角度は、偏心ベクトルeから直接測定することができる。

0044

第二の実施例(最善モード)の場合には、偏心は最初にコア端面の中心Ctestから外側に半径方向に線を引き、各半径方向に延びる線上に各適合円の中心の位置を置くことにより決定される。さらに、半径方向に延びる線が適合円と交差する交点が確認され、理想的な終端部の端面の中心Tideal に対応する理想的な交点と比較される。理想的な交点を持っている変換マップ(参照テーブルまたは式)は、検査システム30の初期化中に作成され、理想的な交点はコア端面の中心Ctestに基づいて、動作中に検索される。最後に、偏心は理想的な交点を実際の交点と比較して測定される。

0045

C.検査システムの第一の実施例
図3Aに、検査システム30の第一の実施例を示す。その全体は参照番号30aで表示されている。構造的には、検査システム30aは、図3Aにその断面を示す、全体的に(終端部の端面21’に垂直な)終端部21と一直線を形成している、細長い、好適には円筒形の顕微鏡51を持っている映像化システム32からなっている。

0046

顕微鏡51は、顕微鏡51の第一の端面に取り付けられていて、終端部の端面21’の映像を捕捉することができる、対物レンズ52(一つまたはそれ以上のレンズまたは他の光学的素子)を含んでいる。顕微鏡51は、さらに顕微鏡51の縦方向の中央部の近くに取り付けられている第二のレンズ装置54を含んでいる。第二のレンズ装置54は、顕微鏡51の内周辺の近くに取り付けられている境界セグメント・レンズ56、顕微鏡51の縦軸に沿って配置され、中央に取り付けれている特徴レンズ58を含んでいる。顕微鏡51は、さらに第二のレンズ装置54からの映像を受け取り、顕微鏡51の第二の端部の開口部63を通して、合成映像を投影するための、顕微鏡51の第二の端部に位置しているコレクタ62(一つまたはそれ以上のレンズまたは他の光学的素子)を含んでいる。本明細書では、「合成映像」はハードウェア、ソフトウェアまたはこれら両方を結合したものを通して、二つまたはそれ以上の映像を重畳または結合してつくった一つの映像を意味する。対物レンズ52、特徴レンズ58およびコレクタ62は、共通の軸zに沿って位置し、また実質的に整合している各焦点を持っている。一方、境界セグメント・レンズ56の焦点は、共通軸zに平行なもう一本の軸zに沿った点にある。

0047

顕微鏡51のレンズの配置が上記のようになっているので、境界セグメントは合成映像内において倒立している。一方、特徴は倒立していない。すなわち、合成映像がコレクタ62のところで形成されたとき、対物レンズ52から検索された境界セグメントの映像は、特徴の方に内側に効果的に折れ曲がっている。さらに、特徴映像は、対物レンズ52から中央に位置している特徴レンズ58によって受け取られ、倒立していない状態でコレクタ58に送られ、その結果、特徴は最終的な合成映像の中では倒立していない。

0048

カメラ64は、顕微鏡51の第二の端部と接続していて、開口部63を通して、コレクタ62から合成映像を受け取る位置に設置されている。カメラ64は、光学的像を電気信号に変換するための適当な映像化装置であれば何でもいいが、電荷結合素子(CCD)が好適である。CCDカメラ64は、光を受けるためのピクセル・アレイを含んでいる。さらに、ピクセル・アレイは、当業者なら周知のように、CCDの各ピクセルで、光の強さに比例するアナログ電圧信号を生成することによって、映像を符号化する。

0049

機械視覚システム34は、矢印45で示すように、CCDカメラ64からの合成映像を符号化するアナログ電気信号を受信する。すでに説明したように、機械視覚システムは任意の適当なロジック、プロセッサまたはそれらを組み合わせたものでつくることができる。

0050

顕微鏡51は、FAM39上に装着される。矢印41で示すように、機械視覚システム34の制御の下で、FAM39は、顕微鏡51内のレンズの構成が終端部の端面21’に向かってまたはそこから遠ざかるように移動するように、縦軸zに沿って顕微鏡51を移動させることができる。適当なFAM39としては、閉ループ電圧制御信号に基づいて、顕微鏡51をある距離だけ選択的に移動させることができる圧電変換器がある。

0051

1.本発明の最善モードの実施例
図3Bに、本発明を実行するための最善モードの実施例、特に第一の実施例(図3Aの検査システム30a)を実行するための最善モードの実施例を示す。図3Bにおいては、最善モードの実施例全体を参照番号30a’で示す。

0052

構造の面からいうと、検査システム30a’は、第二のレンズ装置54を除けば、大体検査システム30a(図3A)と同じ方法で組み立てられている。それ故、システム30aに関する上記の説明は、適用できる範囲で、参考のため本明細書に記載してあるし、図3Bの30a’に当てはまる

0053

図3Bの最善モードの実施例の第二のレンズ装置54に関しては、装置54は、顕微鏡51の内周辺にそって、中央に設置された特徴レンズの周囲に、実質的に等間隔で位置している衛星状の四個の境界セグメント・レンズ56a−56dを持っている。図3Cは、図3Bの3C’−3C’線に沿って切断した、図3Bの最善モードの実施例内に使用されている新規なレンズ構成の正面図である。図3Cを見れば、境界セグメント・レンズ56a’−56dが、中心の特徴レンズ58の周囲に約90度の間隔を置いて配置されていることがはっきりと分かる。それ故、最善モードの場合には、四個の境界セグメント映像化装置および特徴映像化装置が使用されている。

0054

さらに、検査システム30は、フェルールの終端部の端面21’を映像化するために使用されるので、終端部のコアの端面28’と終端部の端面21’上の整合面22''' との間の焦点面内の違いを調整するために、特徴レンズ58を、終端部の端面21’から境界セグメントレンズ56a−56dの平面の背後に少し(約0.5mmだけ)引っ込めることが望ましい。このような形状にすることにより、終端部の端面21’の焦点を最適に結ぶことができ、偏心の大きさをより正確に測定することができる。

0055

図3Bの最善モードの実施例の場合には、対物レンズ52および第二のレンズ56a−56d、58およびコレクタ60は、30xの有効倍率を持っている。カメラ64は、日本の日立製作所製の市販のKP−M1型のようなCCDである。

0056

FAM39は、ドイツのフィジーク・インストルメント社製のP721.00型の圧電変換器である。上記の圧電変換器は、約0ボルトから100ボルトの間の閉ループ電圧制御信号に基づいて、約100ミクロン(解像度は約3ナノメートル)だけ、顕微鏡51を選択的に移動させることができる。圧電変換器72に0ボルトが掛かると、対物レンズ52は、z軸に沿ってターゲットから最大距離のところに保持される(完全に引き込む)。一方、圧電変換器に100ボルトが掛かると、対物レンズ52は、z軸に沿って最も近接した位置に位置する(完全に引き出される)。

0057

機械視覚システム34は、米国のAT&T製の市販のグロバリスト600型コンピュータのような汎用コンピュータ71を含んでいる。コンピュータ71は、例えば、米国のマイクロディスク社製の市販のITIITEX OFG型(オーバレイフレームグラッバ映像処理カードのような、しかしそれに限定されない機械視覚プロセッサ72を持っている。コンピュータ71およびプロセッサ72は、図3Bの矢印73で示すように、通信することができる。機械視覚システム34は、さらにコンピュータおよびFAM39の制御ライン間を接続しているアンプ75を含んでいる。矢印74で示すように、アンプ75は、機械視覚システム34から制御信号を受信し、それを増幅し、0−100ボルトの範囲の増幅した圧電信号41を、矢印41で示すように、圧電FAM39に送る。適当なアンプとしては、ドイツのフィジーク・インストルメント社製の市販のE860.10型のアンプがある。

0058

D.検査システムの第二の実施例
図4Aおよび図4Bは、図2の自動検査システム30の第二の実施例を示す。その全体は参照番号30bで示されている。自動検査システム30bは、特徴映像化装置38および少なくとも三つの境界セグメント映像化装置36からなっている。図を簡単にするために、図4Aには境界セグメント映像化装置は一つしか図示してない。特徴映像化装置38および境界セグメント映像化装置36は、ハードウェア内においては、相互に独立している素子である。特徴映像化装置38は、コアの端面28’(図1B参照)上の終端部21の縦軸z内の有利な点に配置されていて、一方、境界セグメント映像化装置36は、終端部21の縦軸zを横切る角度、好適には直角に整合面22''' を見る位置に設置されている。

0059

後でさらに詳細に説明するが、曲線を適用するためには、少なくとも三台の境界セグメント映像化装置36が必要である。さらに、境界セグメント映像化装置36は、好適には終端部21の縦軸zの周囲に、対称に配置するのが好ましい。それ故、図4Bに示すように、三台の境界セグメント映像化装置36を使用する場合には、隣接している境界セグメント映像化装置36は、約120度に等しい角度θを隔てて配置されている。

0060

特徴映像化装置38は、顕微鏡の筒82内に吊るされていて、終端部21の端面21’の方を向いて設置されている、対物レンズ81を持っている。対物レンズ81は、適当なレンズ構成のものなら何でも使用することができるが、好適には40xの倍率を持ち、0.6のNAを持つ一個のレンズを使用するのが有利である。FAM39aは、矢印41、41aで示すように、機械視覚システム34の制御の下で、終端部21の縦軸と整合しているz軸に沿って、顕微鏡の筒82およびレンズ81を移動させるために、顕微鏡の筒82に接続している。FAM39aとしては、例えば、ドイツのフィジーク・インストルメント社製のP721.00型の圧電変換装置のような、しかしそれに限定されない圧電変換器を使用することができる。(一つまたはそれ以上のレンズまたは他の光学的素子を含んでいる)顕微鏡86は、対物レンズ81からの映像を受けとるために、FAM39に接続している。顕微鏡86としては、米国のマイクロエンタープライズ社製のME−3000型を使用することができる。カメラ88は、顕微鏡86に装着されていて、顕微鏡86からの光学的映像を受けとり、この光学的映像を電気信号に変換するように構成されている。カメラ88は、日本の日立製作所製の市販のKP−M1型のような適当なCCDなら何でもいい。

0061

各境界セグメント映像化装置36の構造は下記のようになっている。各境界セグメント映像化装置36は、顕微鏡の筒82内に吊るされていて、終端部21の端面21’の方を向いて設置されている、対物レンズ81を持っている。対物レンズ81は、適当なレンズ構成のものなら何でも使用することができるが、好適には20xの倍率を持ち、0.4のNAを持つ一個のレンズを使用するのが有利である。FAM39bは、矢印41、41bで示すように、機械視覚システム34の制御の下で、終端部21の縦軸に対して垂直に、顕微鏡の筒82およびレンズ81を移動させるために、顕微鏡の筒82に接続している。FAM39bとしては、例えば、ドイツのフィジーク・インストルメント社製のP721.00型の圧電変換装置のような、しかしそれに限定されない圧電変換器を使用することができる。

0062

対物レンズ81からの映像を受け取るために、干渉顕微鏡87はFAM39bに接続している。適当な干渉顕微鏡87としては、米国のマイクロ・エンタープライズ社製の市販のME−3000c型を使用することができる。干渉顕微鏡87は、内部光源および内部光反射装置を持っている。当業者にとっては、光の既知の波長を使用して、非常に短い距離および非常に薄い厚さを測定するのに干渉顕微鏡87を使用するのは周知である。一般的にいって、干渉顕微鏡87内においては、光源からのビームは、反射装置による部分反射により二つの対向するビーム部分に分けられる。一方のビーム部分は、ターゲットに対して照射され、干渉顕微鏡に戻り、反射装置によりもう一方のビーム部分と再び結合される。二つのビームが異なる光学的な経路を通るので、二つの構成部分はターゲットの映像内で干渉を起こす。さらに、この干渉は非常に短い距離または非常に薄い厚さを測定するのに使用することができる。

0063

カメラ88は、干渉顕微鏡87に装着されていて、顕微鏡86から光学的映像(反射装置からの合成映像)を受け取り、光学的映像を電気信号に変換するように構成されている。カメラ88は、日本の日立製作所製の市販のKP−M1型のような適当なCCDなら何でもいい。機械視覚システム34は、最善モードの実施例の第一の実施例のところですでに説明したように、適当なロジック、プロセッサ、コンピュータまたはその組み合わせならどれでもいい。

0064

機械視覚システム34は、三台の境界セグメント映像化装置36および特徴映像化装置38のカメラ64から供給される電気信号から、合成映像をつくるように構成されている。合成映像は、境界セグメント映像化装置36により捕捉された境界セグメント、および特徴映像化装置38により捕捉された特徴を含んでいる。すでに説明したように、この映像から、偏心を計算することができる。この実施例の場合には、境界セグメント映像化装置36が絶対距離を与えることに注意してほしい。さらに、境界ピクセルが境界セグメント映像化装置36によって測定された絶対距離から確認され、Tideal 、Ttestを測定するために、円または他の適当な曲線が適用される。

0065

E.検査システムの第三の実施例
図5に、図2の自動検査システム30の第三の実施例を示す。この実施例全体を参照番号30cで示す。

0066

自動検査システム30cの場合には、一つまたはそれ以上の各境界セグメント映像化装置36は、境界セグメントの映像を捕捉するために設置されているプリズム、境界セグメントの映像を受け取るように、プリズム91に対して装着されている対物レンズ92、および対物レンズ92から境界セグメントの映像を受け取るためのカメラ64からなっている。検査システム30cの好適な実施例の場合には、各境界セグメント映像化装置36のプリズム91は、境界セグメントの映像を、約90度の角度で対物レンズ92の方向に送ることができる裏側に銀が貼られたミラー・プリズムである。すなわち、入射光線と対物レンズの軸との間の角度φは約90度である。さらに、カメラ64は、好適には、例えば、日立のKP−M1型のCCDのような、しかしそれに限定されないCCDであることが好ましい。

0067

検査システム30cの特徴映像化装置38は、問題の特徴の映像を捕捉し、その映像を、例えば、日立のKP−M1型のCCDのような、しかしそれに限定されないカメラ64に送るために、終端部21に縦方向に整合している軸に沿って配置されている対物レンズ95を含んでいる。さらに、映像化システム32は、焦点を合わせるために、FAM39により終端部21に対して移動する。

0068

FAM39は、光学的な配置が維持されるように、プリズム91、対物レンズ92、対物レンズ95およびカメラ64を含む全映像化システム32を移動させることができる。一方、終端部の端面21’に対するシステムの焦点は変化する。それ故、特徴映像化装置38および境界セグメント映像化装置36のすべての素子は、FAM39により、終端部21’に対して移動する共通の計測フレームの一部である。好適なFAM39としては、例えば、ドイツのフィジーク・インストルメント社製のP721.00型の圧電変換装置のような、しかしそれに限定されない圧電変換器を使用することができる。

0069

機械視覚システム34は、すでに説明したように、映像化システム32によってつくられた映像を分析でき、FAM39により映像化システム32の焦点を制御することができる、適当なロジック、プロセッサ、コンピュータまたはその組み合わせならどれでもいい。好適な実施例の場合には、機械視覚システム34は、偏心分析のための合成映像をつくるために、境界セグメントの映像を、特徴の映像と合成する。

0070

F.検査システムの第四の実施例
図6に、図2の自動検査システム30の第四の実施例を示す。この実施例の全体を参照番号30dで示す。自動検査システム30dの場合には、一つまたはそれ以上の各境界セグメント映像化装置36および特徴映像化装置38は、ハードウェアを共有している。より詳細に説明すると、映像化システム32は、特徴映像および一つまたはそれ以上の境界セグメント映像を受け取るための、終端部21と整合している軸zに沿っていて、ほぼその付近に中心を持っている対物レンズ101からなっている。好適な実施例の場合には、対物レンズ101は、約2.7mmの視野に対して可能な最大のNAと約10xの倍率を持っている。

0071

カメラ64aは、対物レンズ101からの特徴映像を受け取るような位置に設置されていて、一つまたはそれ以上のカメラ64bは、対物レンズ101から対応する境界セグメントの映像を受け取るような位置に設置されている。各カメラ64a、64bは、その対応する映像を電気信号に変換し、変換された電気信号は、矢印45によって示すように、機械視覚システム34に送られる。カメラ64a、64bは、本質的には特注のCCD装置で、各カメラは基本的には同じ大きさで、好適には480x32ピクセルの走査を持っているのが好ましい。

0072

映像化システム32は、FAM39に固定され、矢印78で示すように、機械視覚システムによって制御される。FAM39は、対物レンズ101の焦点を終端部の端面21’上に結ばせるために、対物レンズ101およびカメラ64a、64bを含む映像化システム32を、終端部21に整合している軸zに沿って移動させる。

0073

好適なFAM39としては、例えば、ドイツのフィジーク・インストルメント社製のP721.00型の圧電変換装置のような、しかしそれに限定されない圧電変換器を使用することができる。

0074

機械視覚システム34は、すでに説明したように、映像化システム32によってつくられた映像を分析でき、FAM39の制御により映像化システム32の焦点を制御することができる、適当なロジック、プロセッサ、コンピュータまたはその組み合わせならどれでもいい。検査システム30dの場合には、機械視覚システム34は、すべてのカメラ64a、64bが480x480ピクセルの合成映像をつくる一つのCCDであるかのように、すべてのカメラ64a、64bからのデータを読む。すなわち、各カメラ64a、64bからの出力は、合成映像の一部を表している。

0075

III.終端部の端面の整合
機械視覚システム34によって分析用の適当な映像を捕捉するために、終端部の端面21’は、対応する検査システム(図2図6)の映像化システム32と正しく整合しなければならない。終端部の端面21’は、当業者にとっては周知の多くの可能な機械的機構のどれかを使用して、映像化システム32と整合させることができる。整合のためのいくつかの可能な実施例を以下に説明する。

0076

A.整合のための第一の実施例
整合のための第一の実施例の場合には、終端部の端面21’は、V型ブロックを使用して、映像化システム32と整合している。パームキストの米国特許第4,738,508号に、V型ブロックの一例が開示されている。V型ブロックは、軸x,yに沿って終端部の端面21’と整合するように配置されている。さらに、z軸に沿って終端部の端面21’を整合するために、終端部の端面21’のストップとして使用するためのV型ブロックの支持面から外側に延びるように、リムをブロックまたは突出部の端部に配置することもできる。

0077

B.整合のための第二の実施例
整合のための第二の実施例の場合には、終端部21’は、終端部21の整合面22''' を収容し、案内するための円筒形の開口部を持っている円筒形のスリーブのような整合本体を使用して、映像化システム32と整合している。開口部は、x、y軸に沿って終端部の端面21’と整合している。さらに、リムを整合本体の端部に設置することもできるし、またはz軸に沿って終端部の端面21’と整合するように、終端部の端面21’に対してストップの役割を果たすように、開口部を形成している面から外側に向かって延びるように、突出部を配置することもできる。

0078

C.整合のための第三の実施例
終端部の端面21’の整合のための第三の実施例は、本発明の実行の際に現在使用されている最善モードである。この方法により、ファイバ24を通して光を照射しなくても、終端部の端面21’に光を当てることができる。さらに、この方法は、特にフェルールの終端部21に適している。何故なら、この方法は斜めの面取り部22''、すなわち、境界セグメントおよび特徴が、異なる焦点面に存在する場所に適しているからである。さらに、第三の実施例は、特に四つの境界セグメント映像化装置36と一緒に使用するのに適している。しかし、以下の説明を読めば分かると思うが、より少ない数の境界セグメント映像化装置も使用することができる。

0079

整合のための第三の実施例は、図7A、図7B、および図7Cに示すように、新規の整合装置110を使用している。構造の点から見ると、整合装置110は、複数の硬質の整合アーム、好適には、四本の整合アーム111a−111dからなっているのが好ましい。図7Aの正面図の場合、整合アーム111a−111dは、四分の一円にわたって延びている本体の形をしている。整合アーム111aー111dは、それぞれ末端部113a−113dおよび装着端面114a−114dを持っている。図7Aにも示すように、整合アーム111a−111dは、空間116により相互に分離していて、末端部113a−113dは、開口部118に向けて集束していて、光の通路を形成している。開口部118は、プラグの端面22’が各整合アーム111a−111dの末端部113a−113dと係合するように、光ファイバの端面24’の直径より大きく、プラグの端面22’の直径よりは小さい直径を持っている。光ファイバの端面24’およびそれを取り巻くプラグの端面22’の一部は、完全に露出している。それ故、整合アーム111a−111dの末端部113a−113dは、映像化システム32に対して、終端部21のz軸に沿って終端部の端面21’を保持している。

0080

好適な実施例の場合には、整合アーム111a−111dの末端部113a−113dの曲率半径(通常、公称18mm)は、プラグの端面22’の曲率半径とほぼ同じであり、そのため、末端部113a−113dは、プラグ端面22’に(例えば、傷や凹み等の)損傷を与えずに、表面と表面とが接する形で、しっかりとプラグの端面22’と係合する。上記の構造を、図7Bに参照番号126で示す。

0081

整合アーム111a−111dは、任意の適当な方法で装着することができるが、好適には、その装着端部114a−114dを硬質の定置プレート122に装着するのが好ましい。定置プレート122は、プラグの端面22’が整合アーム111a−111dの末端部113a−113dに係合することができるように、終端部21がそこを通ることができる適当な直径の実質的に円形の孔部124を持っている。このプレートの孔部124の中心は、開口部118の中心に実質的に整合している。好適な実施例の場合には、プレート孔部124の直径は約2.5mmであり、開口部118のところで、アーム111の内面から約2mm離れている。

0082

x、y軸に沿って、終端部の端面21’を、映像化システム32と整合させるために、定置プレート122の後面は、図7Cに示すように、向き合っているスリーブ・ハーフ127a、127bを含む細長い円筒形の分割スリーブ127を持っている。スリーブ127は硬質の材料で作ることができ、適当な機構または接着剤によりプレート122に固定するか、またはプレート122と一体に作ることができる。終端部21をスリーブ127内に挿入することができ、孔部124を通ることができるように、また整合面22''' が、x、yに沿って、スリーブ・ハーフ127a、127bおよび孔部124によって案内されるように、プレート孔部124は、スリーブ127が形成する内部の光の通路を整合している。

0083

整合装置110が上記のような構造をしているので、終端部21が整合装置110と係合すると、光ファイバの端面24’は、アーム111によりz軸に沿って整合し、スリーブ127によってx、y軸に沿って整合し、さらに、光ファイバの端面24’(その周囲のプラグの端面22’の一部およびコア端面28’)および四つの境界セグメント125a−125d全体が、映像化システム32(図2)に対して露出される。

0084

IV.終端部の端面の照明
機械視覚システム34(図2図6)によって、分析用の適当な映像を捕捉するためには、終端部の端面21’を自然または人工の光源により十分に照明する必要がある。使用することができる照明装置のいくつかの例を、以下に説明する。

0085

A.照明用の第一の実施例
照明の第一の実施例は、フェルール接続および双円錐接続の終端部21の両方を含むすべてのタイプの終端部21に適している。好適な実施例の場合には、光は、光ファイバ24を通って入り、適当な光源を使用して試験が行われている終端部の端面21’の方へ向かう。光は、他の終端部21または他のインターフェースから入り、試験が行われている終端部の端面21’を持っている光ファイバ・ケーブルへ向かうこともできる。このような照明を使用した場合には、端面28’の領域、光ファイバの端面24’、プラグの端面22’、整合面22''' および整合面22''' を取り巻いている背景の照明の強さは、種々に変化し、上記の各領域の間にはっきりとした境界線が現れる。上記のはっきりとした境界線により、整合面22''' に対するコア端面28’の偏心を正確に決定することができる。上記の照明装置により適当な照明を行うことができるが、光ファイバ24に沿って終端部の端面21’に光を送れない場合がでてくる。

0086

B.照明の第二の実施例
照明の第二の実施例は、半透明な材料または眼に見えるほどの量の光を送らない材料から作ったプラグを持っている終端部21に適しているし、実際に使用することができる。双円錐接続の終端部21は、通常どちらも光をよく伝ぱんしないエポキシまたはプラスチック製のプラグを持っているので、この照明装置の実施例は、双円錐接続の終端部21に対して使用した場合、効果的に動作する。しかし、この照明装置の実施例は、フェルールの終端部21には適していない。何故なら、フェルールの終端部21は、通常、どちらも光をよく反射するジルコニア(Zr2 O3 )またはアルミナ(Al2 O3 )製のプラグを持っているからである。Zr2 O3 またはAl2 O3 から反射した光の強さは、カメラのCCD素子飽和させるのに十分であり、コア境界を確認することができる映像を形成する能力を低下させる。

0087

一般的にいって、照明の第二の実施例の場合、光は、終端部21の縦軸zに対して任意の角度、またはすべての角度から終端部の端面21’に直接照射される。このような照明方法が行われるので、コア端面28’の領域、整合面22'''、および整合面22''' を取り巻く背景の光の強さは種々に変化し、上記の各領域の間にはっきりとした境界線が現れる。上記のはっきりとした境界線により、整合面22''' に対するコア端面28’の偏心を正確に決定することができる。

0088

C.照明用の第三の実施例
終端部の端面21’の照明のための第三の実施例の場合には、光を光ファイバ24に沿って、端面21’の方向に送る必要はなく、現在のところ、本発明を実行する最善モードである。第三の実施例は、半透明の材料またはある程度の光を送ることができる材料製のプラグを持っている終端部21と一緒に使用する場合には、特に整合のための実施例、すなわち、図7A−図7Cの整合装置110に対して適している。フェルールの終端部21は、通常、どちらも光をよく伝ぱんすることができるジルコニア(Zr2 O3 )またはアルミナ(Al2 O3 )製のプラグを持っているので、この照明装置の実施例は、フェルールの終端部21と一緒に使用した場合、効果的に動作する。

0089

照明のための第三の実施例は、光が空間116および開口部118を通り、境界セグメント125a−125dおよびプラグ端面22’、光ファイバ端面24’およびコア端面28’上に当たるように、整合装置110の整合アーム111a−111d上に設置されている、例えば、光ファイバの束の、しかしそれには限定されない複数の光源128からなっている。好適な実施例の場合には、上記の空間116上に設置され、終端部の端面21を通るz軸から角度αで露出している一つの光源を持っている。角度αは、好適には、約70度より大きいことが好ましい。何故なら、光ファイバ24の受容角度は、5度より小さいからである。上記のような構成になっているので、光ファイバ24は、実質的には光を吸収せず、光源128から終端部の端面21’に当たった光は、プラグ24および光ファイバ24の被覆27全体で散乱する。散乱した光は、斜めの面取り部22''およびプラグ端面22’および被覆27の端面から,後ろ向きに通過するが、コア端面28’からは散乱しない。コア端面28’から光が散乱しない理由の一つは、コア28の光の伝ぱん特性が、被覆27およびプラグ22の光の伝ぱん特性と非常に異なっているからである。すなわち、コア端面28’は、周囲の被覆およびプラグより遥かに暗く見える。さらに、定置プレート122は、光がコア28に入り、遠い端部から試験中の終端部の端面21’に向かって逆反射するのに十分な低い角度で、コア28に接近しないような、十分な大きさを持っているプレート孔部12持っている。

0090

新規の整合装置110とそれに関連する光源128とを組み合わせると、下記の利点が得られる。光ファイバの端面24’は、検査システム(図2図6)に対して、予め定めた位置の方向に向いている。整合装置110は、光ファイバ端24’に対して物理的接触をしていない。終端部21の整合面22''' の端面境界は、光ファイバ端面24’と同じ焦点面を持つ必要はない。そうであっても、映像化を同時に行うことができる。最後に、光ファイバのコア24を、試験中の終端部21のもう一方の端部から照明する必要もない。

0091

V.合成映像
検査システム(図2図6)の映像化システム(図2図6)が捕捉し、生成することができる合成映像について、以下に説明する。合成映像により、対象物の境界に対する対象物のオフセットを正確に計算することができ、特に終端部21の場合には、整合面22''' がコア端面24’より遥かに大きい場合でも、整合面22''' に対するコア端面24’の偏心を正確に計算することができる。実際、整合面22''' は、通常、フェルールの終端部21内では約2500ミクロンであり、一方、コア端面24’の直径は約8ミクロンから約50ミクロンの間である。さらに、以下に説明する映像は、必要な場合には、追加のオーバーレイ映像と一緒に、機械視覚システム34(図2図6)により、出力装置46(図2)上に表示することができることに留意されたい。

0092

図8は、特徴映像化装置38(図2)が捕捉した特徴映像131のオーバレイを持つ終端部の端面21’の略図を示す。図に示すように、特徴映像131は、光ファイバ端面24’(コア端面28’および被覆端面27’の両方)および周囲を取り巻いているプラグ端面22’を収容することができるだけ、十分な大きさを持っているが、全終端部の端面21’および特に整合面22''' を捕捉することができるほどには、大きくない。一つまたはそれ以上の境界セグメント映像化装置36(図2)は、各境界セグメント125aー125dを含んでいる各境界セグメント映像133a−133dを、捕捉するように構成されている。一台以上の境界セグメント映像化装置36を使用する場合には、境界セグメント映像化装置36は、コア端面28’の周囲に対称的に間隔を置いて配置されている境界セグメント映像133を捕捉する位置に設置しなければならない。好適な実施例の場合には、四台の境界セグメント映像化装置36が使用されていて、これらの境界セグメント映像化装置は、図8に示すように、境界セグメント映像133a−133dを捕捉するように構成されている。

0093

図9A−図9Dは、特定の実行方法によって異なる(システム30a,30a’30c,30d)、検査システム30によって検索することができる種々の合成映像を示すが、本発明はこれらの例によって制限されるものではない。オフセットまたは偏心を測定するために、機械視覚システム34により、映像136a−136dの任意のものを使用することができる。

0094

より詳細に説明すると、図9Aおよび図9Bは、特徴映像の上に重畳した一つの境界セグメント映像を持っている各合成映像136a、136bを示す。上記の映像を生成するために、一台の境界セグメント映像化装置36(図2)および特徴映像化装置38(図2)が使用されている。図9Aは、コアの映像131および倒立境界セグメント映像133から得た合成映像136aを示す。一方、図9Bは、コア映像131および倒立していない境界セグメント映像133から得た合成映像136bを示す。

0095

図9Cおよび図9Dは、好適な実施例に従って、特徴映像131の上に重畳した四つの境界セグメント映像133の合成映像136c,136dを示す。図9Cは、本発明の最適モードと、コア映像131および四つの倒立している等間隔の境界セグメント映像133a−133dから得た合成映像136cを示す。図9Dは、コア映像131および四つの倒立していない境界セグメント映像133a−133dから得た合成映像136dを示す。すでに説明したように、一台以上の境界セグメント映像133を使用すると、偏心の計算の精度がよくなる。

0096

最後に、検査システム30a、30a’(ぞれぞれ図3A、図3B)は映像136a、136c(それぞれ図6Aおよび図6C)を捕捉し、生成するように構成されている。一方、検査システム30c、30d(ぞれぞれ図5図6)は映像136b、136d(それぞれ図6Bおよび図6D)を捕捉し、生成する。

0097

VI.検査方法
図7Aから図7Bに、機械視覚システム34(図2図6)を構成し、駆動するための新規な検査方法140 を示す。本質的には、検査方法140の場合には、検査システムは、映像化装置36、38の焦点を試験中の対象物上に結ばせ、捕捉した合成映像136を分析し、境界セグメント125の位置に基づいて、合成映像136内のコア端面28’に対する偏心を測定する。

0098

最初に、フローチャートのブロック141に示すように、終端部の端面21’を、検査システム30の映像化システム32(図2図6)で検査する。フェルールの終端部を試験する場合には、整合装置110(図7A、図7B)は、好適には、終端部の端面21’を整合するのに使用するのが好ましい。終端部の端面21’が、理想的な終端部21(すなわち、偏心が実質的にの基準終端部)または試験対象の終端部21に対応するかどうかを表示させるために、ユーザはシステム30に対して入力を行う。図を見れば分かると思うが、システム30は、ユーザが別段の指示を与えない限り、終端部を試験終端部ときめてかかるように構成されている。終端部が理想的な終端部21’である場合には、以下に説明するように、アルゴリズム140が、較正ルーチンを実行する。

0099

次に、フローチャートのブロック142、143、144aに示すように、機械視覚システム34によって合成映像136が収集され、記憶される。最適の焦点の映像を収集するために、映像36、38を増分によって終端部端面21’に対して移動させるために、FAM39が使用され、各増分だけ移動させた後で、合成映像の焦点が勾配分析によってチェックされる。勾配は、あるピクセル値と特定の方向に沿った隣接しているピクセルの値との間の数値の変化、または違いである。好適には、映像36、38が、終端部の端面21’から最も遠い場所に位置し、合成映像136内の勾配の変化をモニタしながら、その後終端部の端面21’の方向に、増分だけ移動するようにするために、FAM39を初期化するのが好ましい。

0100

増分による移動を行った後で、焦点のピークを超えたことが分かったら、フローチャートのブロック143および144bに示すように、映像36、38を最適の焦点位置に戻すように、FAM39が制御される。

0101

フローチャートのブロック145に示すように、コア端面28’のコアの端面の中心C(x0 、y0 )(Cideal かCtestのどちらか)が計算され、中心x、yの座標セーブされる。合成映像を適当な任意の分析法、例えば、勾配分析を使用して分析することにより、中心C(x0 、y0 )が確認される。さらに、座標x、yは、合成映像131の映像境界に基づいている。

0102

フローチャートのブロック146に示すとおり、サーチ領域135(図9A−図9D)が、合成映像136内に存在する各境界セグメント125に対して、合成映像131内に表示される。好適な実施例の場合には、各サーチ領域135は、円形の辺と直線の辺を持っている、光ファイバの端面24’の境界内に配置された領域である。各サーチ領域135が、光ファイバの端面24’の外側の境界内の一つの領域に収容される一つの理由は、このようにすると、光ファイバの境界の周囲に存在するノイズ由来する予想される悪影響が最少限度に抑制されるからである。さらに、最適のモードの場合には、各境界セグメント125a−125dをそれぞれサーチする目的で、コア端面28’の映像の周囲に等しい距離で配置されている四つのサーチ領域135a−135dが存在する。

0103

次に、フローチャートのブロック147に示すように、各サーチ領域135内の境界セグメント125の位置を確認するために、各サーチ領域135を横切る垂直走査により、局地化された勾配サーチが行われる。より詳細に説明すると、境界セグメント125を横切っているラインは走査され、隣接しているピクセル値の間の変化する勾配を検査することによって分析される。上記の分析により、境界セグメント125の位置が、各サーチ領域135内で確認される。

0104

境界セグメントの位置の決定を統一するために、検査方法140は、外側の境界セグメント125が、必ず最適な焦点距離にくるようにしている。最適の焦点を必ず結ぶことができるように、FAM39を、z軸に沿って、映像化システム32を移動することができるように調節してから、勾配分析を繰り返して行い、またFAM39によって各調整を行ってから、ピーク値を決定するために、各サーチ領域135の勾配を合計し、前の数値と比較する。ピーク値を通過することによって、ピーク値が確認されると、外側の境界セグメント125に対する最適な焦点位置に調整するために、FAM39が引っ込む。上記のプロセスは、フローチャートのブロック148ー151に表示されている。

0105

フローチャートのブロック152に示すように、数回の適用中に繰り返し走査を行い、最小自乗誤差により一つを選択することによって、曲線(例えば、円、楕円等)を、各境界セグメント125に対する二つの次元(x平面およびy平面)内で適用する。好適な実施例の場合には、既知の直径(最善のモードの場合には、2.5mm)を持つ円が各境界セグメントに適用される。

0106

曲線を各境界セグメント125に適用した後に、フローチャートのブロック154に示すように、終端部21が理想的な終端部21であるのか、または試験終端部21であるのかについての決定が行われる。検査システム30を較正するために使用され、本仕様書バックグランドの節に記載したプロセスの内の任意のプロセスのような、任意の他の適当なプロセスによって決定されるように、理想的な終端部21は、基本的には(できるだけ零に近い)最小の偏心を持つ終端部21である。フローチャートのブロック141(図10A)に示すように、理想的な終端部の存在は、検査システム30の初期化の間に、ユーザによって、機械視覚システム34に入力される。

0107

理想的な終端部21が存在する場合には、フローチャートのブロック155およびフローチャートのブロック141に示すように、検査方法140は、較正を行い、必要な場合には、試験終端部21の分析準備OKとなる。反対に、フローチャートのブロック154試験終端部21が存在する場合には、検査方法140は、フローチャートのブロック156に従って、オフセット測定方法を使用して、偏心を測定し、これにより検査方法140は終了する。以下に、較正および偏心測定手順の第一および第二の実施例について説明する。

0108

A.較正および偏心測定の第一の実施例
偏心の測定方法は、検査方法140の較正方法によって違ってくる。図11図13を参照しながら、較正および偏心測定の第一の実施例について説明する。この点に関して、図11に較正方法155’を示し、図12に対応するオフセット測定方法156’を示す。図14図16を参照しながら、較正および偏心測定の第二の実施例について説明する。この点に関して、図14に較正方法155''を示し、図15に対応するオフセット測定方法156''を示す。較正および偏心測定の第二の実施例は、本発明の実行について現在知られている最善のモードからなっていることに留意されたい。

0109

1.較正方法
図11の参照番号155’は、第一の実施例の較正方法を示す。図11について説明すると、較正方法155’は、フローチャートのブロック155a’に従って、理想的な終端部21の理想的な終端部の端面の中心Tideal (x1 、y1)を設定する。図13は、(図10Aのフローチャートのブロック145示すように、すでに決定した)理想的なコア端面の中心Cideal (x0 、y0 )および理想的な終端部の端面の中心Tideal (x1 、y1 )並びに以下に説明する他の図形的特徴を示す。理想的な終端部の端面の中心Tideal (x1 、y1 )は、以下の方法で決定される。フローチャートのブロック152(図10A)に示す前のステップからの適合する曲線が一本しかない場合には(すなわち、境界セグメント映像が一つしかない場合には、)、理想的な終端部の端面の中心Tideal (x1 、y1 )は、一つの適合する曲線の中心である。逆に、適合する曲線が一本以上ある場合には、適合する曲線それぞれの中心が決定され、適合する曲線の中心の任意の数学的平均によって、理想的な終端部の端面21’の理想的な終端部の端面の中心Tideal (x1 、y1 )が決定される。次に、図12のフローチャートのブロック155b’およびさらに図13に示すように、すでに図10Aフローチャートのブロック145に示す方法で決定された理想的なコアの端面の中心Cideal (x0 、y0 )が検索され、理想的なコアの端面の中心Cideal (x0 、y0 )と理想的な終端部の端面の中心Tideal (x1 、y1 )の間の距離のベクトルdideal (ベクトルは太字で表示されている)が計算される。距離のベクトルdideal は、フローチャートのブロック155c’に示すように、他の試験終端部21の将来の偏心の分析に使用するために、理想的な基準としてセ−ブされる。最後に、検査方法140は、フローチャートのブロック141に戻り、必要な場合には試験終端部21の分析準備OKの状態になる。

0110

2.オフセット測定方法
図12に第一のオフセット測定方法を参照番号156’により詳細に示す。終端部の端面の中心Ttest(x1 、y1 )は、最初、図12のフローチャートのブロック156a’に従って、また図13に示す方法で試験中の終端部の端面21に対して決定される。適合する曲線が一本しかない場合には、理想的な終端部の端面の中心Tideal (x1’、y1’)は、適合する曲線の中心である。逆に、適合する曲線が一本以上ある場合には、適合する曲線それぞれの中心が決定され、適合する曲線の中心の任意の数学的平均によって、試験終端部の端面21の終端部の端面の中心Ttest(x1’、y1’)が決定される。終端部の端面の中心Ttest(x1’、y1’)の位置を決めるための適合する曲線が一本しかない場合には、終端部の境界の直径の起こり得る変化に対応できるように、境界の点を境界映像に正確に適合させなければならない。この制約は、最善のモードには適用されない。何故なら、最善のモードの曲線は、複数の境界セグメントに適合し、この特徴により、任意の起こり得る終端部の直径の変化を平均することができるからである。

0111

次に、図12のフローチャートのブロック156b’に示し、さらに図13に示すように、実際のコアの端面の中心Ctest(x0’、y0’)が検索され、コアの端面の中心Ctest(x0’、y0’)と終端部の端面の中心Ttest(x1’、y1’)の間の距離のベクトルdtestが計算される。さらに、フローチャートのブロック156c’に示すように、偏心ベクトルeは、距離のベクトルdtestと理想的な基準ベクトルdideal との間の違いの絶対値を計算することによって決定される。すなわち、e=|dtest−cideal| である。その後で、偏心の大きさとしての偏心ベクトルeから偏心が決定される。偏心の大きさがピクセル単位で決定された場合には、必要な場合には、その数値はピクセルから絶対距離(例えば、ミクロン)に変換することができる。偏心ベクトルの測定ににより、直接、絶対距離で大きさを知ることができるように、偏心ベクトルの測定を行う前に、距離ベクトルdideal 、dtestは、絶対直線距離(例えば、ミクロン)で表すこともできるし、絶対直線距離に変換することもできることに留意されたい。

0112

偏心ベクトルeの角度も、ピクセルのCtest(x0’、y0’)およびCideal(x0’、y0’)の空間内での関係を表しているという点で関連を持っていて、距離ベクトルから確認でき、必要な場合には、出力装置46(図2)上に表示することができる。

0113

B.較正および偏心測定の第二実施例
今度は、図14図16を参照しながら、較正および偏心測定の第二実施例について説明する。より詳細に説明すると、図14に較正方法155''を、図15に対応する偏心測定方法156''を示す。較正および偏心測定の第二実施例は、現時点で本発明を実行するための最善のモードからなっている。第一の実施例とは違って、第二の実施例は、映像化システム32(図2)内の、合成映像136が別々の光学的映像化装置36、38から集めた情報を含んでいるために生じる非直線性を使用し、修正しているので、境界セグメント125の位置をコア端面28’の最適な状態で関連づけている。

0114

第二の実施例を実行するためには、映像化システム32は、二つまたはそれ以上の境界セグメント映像化装置36を使用しなければならないが、好適には、計算を簡単にするために偶数の境界セグメント映像化装置を使用するのが好ましい。さらに、説明を簡単にするために、四台の境界セグメント映像化装置36および好適な実施例の最善のモードからなる直角デカルト座標系x、y、zを参照しながら、以下に第二の実施例を説明する。

0115

1.較正方法
図14に、参照番号155''により第二の実施例の較正手順を示す。最初に、検査方法140のこの時点で、理想的な終端部21は映像化システム32によって撮影され、焦点が合っている。(z軸に沿って、整合装置110に対して固定されている。)

0116

フローチャートのブロック155a''に示すように、変換マップが理想的な終端部21から作成され、将来の参照用に記憶される。変換マップは、本質的には、理想的な終端部21を、試験が行われる他の終端部21と比較するための装置である。構造について説明すると、変換マップは、検査方法140によって実行される参照テーブルであってもいいし、数式であってもいい。変換マップを作成するために、検査システム30により一連の測定が行われるが、この場合、終端部21は、調整機構により映像化システム320の視野内の複数のx、yで表示される位置へとシーケンシャルに移動させられ、各境界セグメント125およびコア端面28’に関するデータが、各位置に対して記憶される。

0117

コア端面28’をx、y平面内の予め定めた映像領域内の任意の場所に表示するために、ユーザがx,y平面内で終端部の端面21’を組織的に移動させることができるように、適当な調整機構(図示せず)を、整合装置または映像化システム32のいずれかを移動させるために使用することができる。例えば、調整機構は、ユーザが、整合装置110または映像化システム32を手動で移動させることができる単なる装着ブラケットであってもいい。好適な実施例の場合には、整合装置110と接続している調整機構が使用されていて、z軸に沿って終端部の端面21’を焦点を合わせたままの状態で、整合装置110をx、y軸に沿って移動させることができる。

0118

フローチャートのブロック155b''−155f''に示すように、変換マップは以下のようにして作成される。フローチャートのブロック155b''に示すように、理想的な終端部21は、調整機構により、x,y面内を一つの位置に向かって移動する。理想的なコア端面の中心Cideal (x0 ,y0 )は、フローチャートのブロック155c''に示すように、任意の適当な勾配サーチ分析により確認される。理想的なコア端面の中心Cideal (x0 ,y0 )を確認した後で、半径方向に延びる線を中心Cideal (x0 ,y0 )から外側へ向かって引く。フローチャートのブロック155d''に示すように、その内の一本の線は各境界セグメント125に対応している。半径方向に延びる線は、好適にはCideal(x0、y0 )を中心に、対称的に空間を置いて配置されているのが好ましい。さらに、フローチャートのブロック155e''に示すように、各境界セグメント125に対応する適合曲線の中心は、対応する半径方向に延びる線上の仮想空間内に位置している。さらに、半径方向に延びる線が適合曲線と交わるピクセルの位置が、フローチャートのブロック155f''に示すように、確認され、上記の交点の位置およびコア端面28’のコアの位置が、特定の終端部の位置に対して記憶される。新しい位置が選択され、十分に完全な変換マップが作成されるまで、上記の手順が繰り返し行われる。

0119

好適な実施例に関連する変換マップの作成について以下に説明する。図16に示すように、中心Cideal (x0 ,y0 )を中心に対称的に空間を置いて配置されている四つの境界セグメント125a−125dを持っている好適な実施例の場合には、半径方向に延びる線157a−157dは、映像131内に含まれる。実際、好適には、(半径方向に延びる線157b、157dからなる)一本の垂直線、および(半径方向に延びる線157a−157cからなる)一本の水平線は、相互に直角に交わるように、またその交点が理想的なコア端面の中心Cideal (x0 ,y0 )上に位置するように引かれることが好ましい。その後で、四つの境界セグメント125に対応する適合曲線の中心は、線の中の一本の上にくるように仮想空間内に位置する。それ故、境界セグメント125b、125dに対応する曲線の中心は、垂直線157上に位置し、境界セグメント125a、125cに対応する曲線の中心は、水平線158上に位置する。次に、半径方向に延びる各線157c、157a、157d、157bが、それぞれの境界セグメント曲線125c、125a、125d、125bと交差する交点の座標x1’、x3’、y1’およびy3’ が確認される。最後に、交点の座標x1’、x3’、y1’ およびy3’ およびコア端面28’のコアの位置が、特定の終端部の位置に対して記憶される。新しい位置が選択され、十分に完全な変換マップが作成されるまで、上記の手順が繰り返し行われる。

0120

光システムが、変換マップにより上記のように特徴づけられると、そのコア端面28’が映像空間の中心付近に表示されるように、調整機構により、理想的な終端部21の移動が行われる。例えば、映像空間が480x512ピクセルである場合には、理想的なコア端面の中心Cideal (x0 ,y0 )は、y軸に沿って240番目のピクセルに、またx軸に沿って256番目のピクセルに位置する。その後、フローチャートのブロック155g''に示すように、x、y軸に沿って整合装置110および映像化システム32が固定されるように、検査システム30を後で操作するために、調整機構は安定化され、その位置に固定される。

0121

2.オフセット測定
図12に、参照番号156''により第二の実施例によるオフセット測定法を示す。図16に点線で示すグラフを参照しながら、偏心測定法156''について説明する。一般的にいって、偏心測定法156''を使用した場合、未知の偏心を持つ試験終端部21は、較正法155''および理想的な終端部21を使用して作成された変換マップを使用して測定される。

0122

コア端面の中心Ctest(x0’,y0’)は、フローチャートのブロック156a''および図16のグラフに従って、任意の適当な勾配サーチ分析により確認される。理想的なコア端面の中心Ctest(x0’,y0’)を確認した後で、半径方向に延びる線を、中心Ctest(x0’,y0’)から外側へ向かって引く。フローチャートのブロック156b''に示すように、その内の一本の線は各境界セグメント125に対応している。半径方向に延びる線は、好適にはCtest (x0’、y0’) を中心に、対称的に空間を置いて配置されているのが好ましい。さらに、フローチャートのブロック156c''に示すように、各境界セグメント125に対応する適合する曲線の中心は、対応する半径方向に延びる線上の仮想空間内に位置している。さらに、フローチャートのブロック156d''に示すように、半径方向に延びる線が適合曲線と交差するピクセルの位置が確認される。交点は、図16に(x1’、y2’)、(x2’、y1’)、(x3’、y2’)および(x2’、y3’) で示す。しかし、好適には、座標x1’、x3’、y1’およびy3’だけを確認すれば、偏心の計算には十分である。

0123

次に、フローチャートのブロック156e''に示すように、偏心が計算される。最初に、下記の数式により数量εxおよびεyが計算される。y2レベルにおいては、

0124

x2レベルにおいては、

0125

但し、x1’、x3’、y1’およびy3’は、そのコア端面28’の測定が、試験終端部21のコアの端面28’の現在の位置と一致する点で行われた偏心0の終端部21の交点の位置である。さらに、偏心は下記の式によって決定される。

0126

第二の実施例で計算した偏心は、第一の実施例で計算した偏心より遥かに正確である。何故なら、第二の実施例は映像化システム32(図2)内の非直線性に対して修正が行われていて、境界セグメント125の位置がコア端面の中心28’に最適に関連づけられているからである。

0127

VII.平衡焦点方法図12A−図12Cに平衡焦点方法160を示す。平衡焦点方法160は、一つまたはそれ以上の境界セグメント映像化装置36を使用し、本発明の最善のモードで実行された検査システム30(図2)に適用することができる。本質的には、平衡焦点方法160は、境界セグメント125(図8図9A−図9D)の計算および位置の精度を改善するための最適化技術である。

0128

一般的にいって、セグメント125の焦点が正確な場合には、すなわち、セグメント125と背景との勾配が最大である場合には、機械視覚システム134(図2)を使用して、複数のセグメント125の位置を決定するのが、最も正確な方法である。数台の境界セグメント映像化装置36の光学的焦点距離の間に僅かな違いが存在する場合がある。上記の違いは、一般には、試験中の対象物のいくつかの部分が、FAM39の異なる延長で最大の勾配を示すことを意味する。平衡焦点方法160は、上記の問題を解決した。

0129

平衡焦点方法160は、フローチャートのブロック147(図10A)によって示される検査法140(図10A−図10B)のステップ内で、機械視覚システム34(図2図6)によって実行される。すでに説明したように、フローチャートのブロック147に示すステップにおいては、局部化された勾配サーチは、各境界セグメント125を確認するために行われる。

0130

図17Aのフローチャートのブロック161に示すように、平衡焦点方法160の場合には、FAM39は、最初、任意の境界セグメント映像化装置36の焦点が、任意の境界セグメント映像125の焦点面の前に来るように調整される。

0131

次に、フローチャートのブロック162に示すように、コア端面28’の実際の位置に基づいて、各境界セグメント125に対するサーチ領域135が決定される。サーチ領域は、好適には、コア端面28’の周囲に対称的に空間を置いて配置するのが好ましい。

0132

フローチャートのブロック163に示すように、一連の合成映像136は、終端部21の縦軸と整合しているz軸に沿って、増分に従って映像化システム32を移動させることにより生成および記憶される。映像136を収集している間に、各サーチ領域135に対する最適の焦点、および映像化システム32に対する累積最適焦点位置を通り過ぎる。各合成映像136を検索した後で、各走査線に対する最大の勾配を示すピクセルを確認するために、各サーチ領域135内で勾配サーチが行われる。

0133

各サーチ領域135内での勾配サーチに関しては、フローチャートのブロック164に示すように、ピクセルが最低域値を満足させている場合には、走査線内で最大の勾配を持っているピクセルがセーブされる。好適な実施例の場合には、最低の域値は、Tmin =Pmin +0.3(Pmax −Pmin )で表される。但し、Pmax は、最も明るいピクセルのグレースケール値(0−255)であり、Pmin は最も暗いピクセルのグレースケール値である。Pmax およびPmin は、例えば、ヒストグラムのような任意の適当なプロセスを使用して決定することができる。さらに、走査線内で最大の勾配を持ち、最低の域値を満足させるピクセルの数が、各サーチ領域135に対して合計される。好適な実施例の場合には、四つのサーチ領域135があるので、ピクセルの四つの合計a、b、c、dは上記のプロセスによって得られる。

0134

フローチャートのブロック165に示すように、FAM39の命令に従って、個々の各サーチ領域135に対する、z軸に沿って映像化システム32の最適な焦点位置を確認するために、それぞれの合計に対してサーチが行われる。最適な焦点位置は、特定のサーチ領域135に対して(域値の要件を満足させる)受け入れることができるピクセルの最高の数が達成される位置に対応する。

0135

次に、フローチャートのブロック166に示すように、各サーチ領域に対するピクセルの合計のすべての組み合わせの対の間の差の絶対値を、合計することによって、統計Sが計算される。好適な実施例の場合には、四つのセグメント125および四つのピクセルの合計、a、b、c、dがあるので、統計SはS=|a−b|+|a−c|+|a−d|+|b−c|+|b−d|+|c−d|で表される。

0136

統計Sは、図18に示すように、グラフの形をしている。フローチャートのブロック167に示すように、統計Sが分析され、統計Sの勾配が最低になる点の焦点位置f0 が確認される。次に、統計Sの勾配が最低になったとき、各サーチ領域135が十分なピクセルを含んでいるかどうかについての判断が行われる。これによって信頼できる適合が行われる。さらに、域値は任意の数であるが、好適には、経験によるデータに基づいて決めることが好ましい。

0137

上記の質問に対する答がノーである場合には、平衡焦点法160は、フローチャートのブロック168に示すように、最大累積ピクセル数の方向に、最小FAM増分だけ、統計Sから離れている。フローチャートのブロック169に示すように、移動したFAM増分の数に基づいて、最大偏差に達したかどうかについての決定が行われる。最大偏差に達していない場合には、方法160は、十分な勾配のある点があるかどうかを決定するために、フローチャートのブロック167内のステップ・インジケータに戻る。最大偏差に達している場合には、方法160は終了し、「このサンプルに対する解法はありません。サンプルをクリアし測定値を再入力してください」というような適当なメッセージを、出力装置46(図2)を通してユーザに送ることができる。このことはフローチャートのブロック171に示してある。

0138

統計Sに基づいて、十分な勾配があることが分かった場合には、フローチャートのブロック167の要求に従って、方法160は、フローチャートのブロック172に示すように、最適最小統計Sのz座標にFAM39を移動させる。

0139

FAM39がz座標に移動した後で、フローチャートのブロック173に示すように、検査方法140(図10A−図10B)の次のステップに従って、次の分析に対する最適映像136が収集される。

0140

当業者には、本発明の精神および範囲から実質的に逸脱しないで、上記の実質的に多くの修正および変更を行えることは明かであろう。上記のすべての修正および変更は、特許請求の範囲に示すように、以下の本発明の範囲内に含まれる。

図面の簡単な説明

0141

図1A 本発明に従って解析する対象物の一例としての、従来のフェルール・タイプの光ファイバの終端部の斜視図である。
図1図1Aの終端部の端面図である。
図1図1Aの終端部内の光ファイバの断面図であり、中央部にある光ファイバのコアと、それを取り巻く被覆を示す図である。
図1図1Aおよび図1Bの別々のフェルールの終端を接続するための接続構造物の断面図である。
図2本発明の検査システムのブロック図である。
図3図2の検査システムの第一の実施例のブロック図である。
図3図3Aの第一の実施例を実行するための最善のモードのブロック図である。
図3C 3C’−3C’線に沿って切断した、図3Bの最善のモードの実施例内で使用されている新規のレンズ構成の正面図である。
図4図2の検査システムの第二の実施例のブロック図である。
図4図4Aの第二の実施例内の境界セグメント映像化装置の配置を示すブロック図である。
図5図2の検査システムの第三の実施例を示すブロック図である。
図6図2の検査システムの第四の実施例を示すブロック図である。
図7図2の検査システムによって分析される、フェルール光ファイバの終端部を整合するための整合装置の正面図である。
図7B 7B’−7B’線に沿って切断した、図7Aの整合装置の断面図である。
図7図7Aの整合装置の背面斜視図である。
図8図2の検査システムによって映像化される終端部の端面および種々の個々の領域を示す略図である。
図9図2の検査システムによって形成し、分析することができる合成映像(および恐らくディスプレイ映像)の略図であり、コア映像および倒立境界セグメント映像からの合成映像を示す図である。
図9図2の検査システムによって形成し、分析することができる合成映像(および恐らくディスプレイ映像)の略図であり、コア映像および倒立してない境界セグメント映像からの合成映像を示す図である。
図9図2の検査システムによって形成し、分析することができる合成映像(および恐らくディスプレイ映像)の略図であり、コア映像および等間隔の四つの倒立境界セグメント映像からの合成映像(最善のモード)を示す図である。
図9図2の検査システムによって形成し、分析することができる合成映像(および恐らくディスプレイ映像)の略図であり、コア映像および等間隔の四つの倒立してない境界セグメント映像からの合成映像を示す図である。
図10図2の検査システム内の機械視覚システムによって使用され、同システムを駆動する本発明の検査方法を示すフローチャートである。
図10図2の検査システム内の機械視覚システムによって使用され、同システムを駆動する本発明の検査方法を示すフローチャートである。
図11図10Aおよび図10Bの検査方法による較正および偏心測定の第一の実施例であり、較正方法を示す図である。
図12図10Aおよび図10Bの検査方法による較正および偏心測定の第一の実施例であり対応する偏心測定方法を示す図である。
図13図11および図12の較正および偏心測定用の第一の実施例の図である。
図14図10Aおよび図10Bの検査方法による較正および偏心測定の第二の実施例(最善のモード)であり、較正方法を示す図である。
図15図10Aおよび図10Bの検査方法による較正および偏心測定の第二の実施例(最善のモード)であり対応するオフセット測定方法を示す図である。
図16図9Cの合成映像(最善のモード)の略図であり、図14および図15の較正および偏心測定用の第二の実施例に従って、変換マップを作成するために、理想的な終端部の理論上の理想的な中心Cideal をどのように使用すればいいのか、変換マップに基づいて、試験終端部のコア端面の中心Ctestから偏心をどのようにして測定すればいいのかを示す図である。
図17A 偏心の計算を最適化するために、図10Aおよび図10Bの検査方法と一緒に任意に使用することができる平衡焦点方法を示すフローチャートである。
図17B 偏心の計算を最適化するために、図10Aおよび図10Bの検査方法と一緒に任意に使用することができる平衡焦点方法を示すフローチャートである。
図17C 偏心の計算を最適化するために、図10Aおよび図10Bの検査方法と一緒に任意に使用することができる平衡焦点方法を示すフローチャートである。
図18図17Aおよび図17Bの平衡焦点法で使用される統計Sを示すグラフを示す図である。

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