JP2018163072A - 光コネクタ端面検査装置とその合焦画像データ取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップを交換することなく、異なる端面形状のものを検査することができる光コネクタ端面検査装置を提供すること。【解決手段】照明用ＬＥＤ２３からの照明光の一部のみを通過させるスリットが設けられたスリット板２４と、スリット板２４を通過した照明光の一部の進行する角度を変える光源軸補正素子２６と、を備えた光学系２と、スリット板２４を一定角度ごとに回転させて撮影した画像の明るさから端面１１ａが傾斜しているかを検出し、端面１１ａが傾斜している場合、レンズ２１の位置を所定距離ずつ変えて複数の画像データを取得し、この複数の画像データを合成して合焦画像データを得る焦点検出部５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光コネクタの端面の検査を行なう光コネクタ端面検査装置に関する。

各種の通信に用いられる光ファイバケーブルの末端には、中継用あるいは他機器との接続用の光コネクタが設けられている。光コネクタは、円筒状に形成されたフェルールの内周部に光ファイバが挿通され、フェルールを保持して他機器や中継用のアダプタに接続して固定させるプラグハウジングが装着されて構成されている。

この光コネクタは、接続部であるフェルール（光ファイバを含む）の端面に傷や汚れがあると光ファイバの通信品質が低下する。このため、光ファイバケーブルの末端処理を行なって光コネクタを形成する作業を行った場合、形成した光コネクタのフェルールの端面の状態を検査する光コネクタ端面検査装置が使われている。

この光コネクタ端面検査装置は、光コネクタのフェルールの端面をカメラで撮像し、撮像した画像を拡大して観察し、傷や汚れを発見していた。

特許文献１には、オートフォーカス機能を備えたプローブによる光コネクタ端面検査装置が開示されている。

米国特許第９２１７６８８号明細書

光コネクタのフェルールの端面の形状としては、端面がわずかに湾曲または凸球面状に研磨されたＵＰＣ(Ultra Physical Contact)や、端面が斜めに凸球面状に研磨されたＡＰＣ（Angled Physical Contact)などがある。

端面が斜めになっているＡＰＣの場合、ＵＰＣと同じ角度で撮影したのでは、端面全体にピントが合わず、端面の検査が困難となる。

このため、光コネクタのフェルールの端面形状に対応したチップを使って光コネクタと光コネクタ端面検査装置を接続し、カメラのレンズの光軸と端面が直交するようにして検査を行っていた。

このようなチップを使った場合、端面の形状が変わる度にチップを交換しなければならず、検査に時間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は、チップを交換することなく、異なる端面形状のものを検査することができる光コネクタ端面検査装置を提供することを目的としている。

本発明の光コネクタ端面検査装置は、所定の位置に固定された部材の端面の像をイメージセンサの位置に結像させる光学系と、前記イメージセンサの出力する画像データを取得し、前記画像データのピントが合っているか否かを判定する焦点検出部と、を備える光コネクタ端面検査装置であって、前記焦点検出部は、前記端面に照射される照明光の照射方向を変えて、前記端面の明るさに基づいて前記端面が傾斜しているか否かを検出し、前記端面が傾斜していることを検出した場合、前記光学系の焦点距離を所定距離ずつ変えて前記端面の一部に焦点の合った複数の前記画像データを取得し、当該複数の画像データを合成して合焦画像データを取得するものである。

この構成により、端面が傾斜しているか否かが検出され、端面が傾斜している場合、複数の画像データから合焦画像データが合成される。このため、チップを交換することなく、異なる端面形状のものを検査することができる。

また、本発明の光コネクタ端面検査装置において、前記光学系は、光源からの照明光の一部のみを通過させるスリットが設けられたスリット板と、前記スリットを通過した前記照明光の一部の進行する角度を変える光源軸補正素子と、を備え、前記焦点検出部は、前記スリット板により前記端面に照射される照明光の照射方向を変えるものである。

この構成により、スリット板により照明光の一部のみが端面に照射され、スリット板を通過させる照明光を変えることで照明光の照射方向が変えられる。このため、照明光の照射方向を容易に変えることができる。

また、本発明の光コネクタ端面検査装置において、前記焦点検出部は、前記端面が傾斜していることを検出した場合、前記端面の傾斜角と傾斜方向に基づいて前記複数の画像データから合成する画素を選択するものである。

この構成により、端面の傾斜角と傾斜方向に基づいて合焦画像データの画素が選択される。このため、容易に合焦画像データを合成することができる。

また、本発明の光コネクタ端面検査装置において、前記焦点検出部は、前記端面の明るさが最も明るいときの前記端面に照射される照明光の照射方向に基づいて前記端面の傾斜方向を検出するものである。

この構成により、端面に照射される照明光の照射方向に基づいて端面の傾斜方向が検出される。このため、容易に端面の傾斜方向を検出することができる。

また、本発明の光コネクタ端面検査装置の合焦画像データ取得方法は、所定の位置に固定された部材の端面の像をイメージセンサの位置に結像させる光学系を備える光コネクタ端面検査装置の合焦画像データ取得方法であって、前記端面に照射される照明光の照射方向を変えて、前記端面の明るさに基づいて前記端面が傾斜しているか否かを検出するステップと、前記端面が傾斜していることを検出した場合、前記光学系の焦点距離を所定距離ずつ変えて前記端面の一部に焦点の合った複数の画像データを取得するステップと、当該複数の画像データを合成して合焦画像データを取得するステップと、を有するものである。

この構成により、端面が傾斜しているか否かが検出され、端面が傾斜している場合、複数の画像データから合焦画像データが合成される。このため、チップを交換することなく、異なる端面形状のものを検査することができる。

本発明は、チップを交換することなく、異なる端面形状のものを検査することができる光コネクタ端面検査装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る光コネクタ端面検査装置の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る光コネクタ端面検査装置のスリット板の正面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る光コネクタ端面検査装置のスリット板の回転角度毎の画像全体の明るさの平均の例を示すグラフである。 図４は、本発明の一実施形態に係る光コネクタ端面検査装置の端面の中心を通る傾斜方向の断面図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る光コネクタ端面検査装置の切り出した画素の座標を示す図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る光コネクタ端面検査装置のレンズの光軸方向から見た端面の図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る光コネクタ端面検査装置の焦点検出処理の手順を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る光コネクタ端面検査装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る光コネクタ端面検査装置１は、光学系２と、イメージセンサ３と、画像メモリ４と、焦点検出部５とを含んで構成される。

本実施形態の光コネクタ端面検査装置１は、不図示のコネクタ保持部に保持された光コネクタ１０のフェルール１１及びフェルール１１に内包された不図示の光ファイバの端面１１ａを、光学系２で拡大してイメージセンサ３で撮像するようになっている。

光学系２は、レンズ２１と、ハーフミラー２２と、照明用ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２３と、スリット板２４と、光源調整モータ２５と、光源軸補正素子２６と、レンズ２７と、焦点調整モータ２８とを備えている。

レンズ２１は、コネクタ保持部に保持されたフェルール１１の端面１１ａに対向するように設置され、その光軸がフェルール１１及び光ファイバの中心軸と略同軸上に位置するように設置される。

レンズ２１は、焦点調整モータ２８により、その光軸と平行な方向に移動して、イメージセンサ３に結像する像のピントを調節できるようになっている。

ハーフミラー２２は、レンズ２１のフェルール１１とは反対側に配置され、レンズ２１を通して照明用ＬＥＤ２３からの照明光をフェルール１１の端面１１ａに照射する。フェルール１１の端面１１ａに照射された照明光は、フェルール１１の端面１１ａで反射し、その反射光は、レンズ２１、ハーフミラー２２、レンズ２７を通ってイメージセンサ３に照射される。イメージセンサ３は、照射された反射光を画像データに変換して出力する。

スリット板２４は、図２に示すように、円形形状の板にスリット２４ａが設けられていて、スリット２４ａ部分を通過した照明用ＬＥＤ２３からの照明光のみが、ハーフミラー２２により端面１１ａに照射される。光源調整モータ２５は、スリット板２４を、図２の矢印で示すように、スリット板２４の円の中心を回転中心に回転させる。スリット２４ａは、例えば、図２に示すように、スリット板２４の中心から外周方向に真っ直ぐに所定の直径の円で穴を開けたように形成される。

光源軸補正素子２６は、フェルール１１とレンズ２１の間に配置され、照明用ＬＥＤ２３からの照明光の一部の進行する角度を変える。光源軸補正素子２６は、円錐を所定の高さで底面と平行に切った形状に形成される。照明用ＬＥＤ２３からの照明光は、光源軸補正素子２６の底面と平行に切断された面ではレンズ２１の光軸と平行に進み、光源軸補正素子２６の斜面の部分では角度を変えて進む。

光源軸補正素子２６の斜面の傾斜角は、検査対象であるフェルールの端面の傾斜角度による。すなわち、フェルール１１の端面１１ａが傾斜している場合、光源軸補正素子２６の斜面の部分を通過し、フェルール１１の端面１１ａで反射した光の進行方向がレンズ２１の光軸と平行になるように光源軸補正素子２６の斜面の傾斜角が設定される。

なお、フェルール１１の端面１１ａがレンズ２１の光軸と直交する形状の場合、光源軸補正素子２６の底面と平行に切断された面を通過した照射光がフェルール１１の端面１１ａに垂直に照射する。

このように、光源軸補正素子２６を備えているため、フェルール１１の端面１１ａが傾斜していても端面１１ａでレンズ２１の方向へ反射するように照明光を照射させることができ、端面１１ａの鮮明な画像を取得することができる。

また、スリット板２４を備えているため、フェルール１１の端面１１ａに照射する照明光の方向を限定することができる。すなわち、光源軸補正素子２６によりフェルール１１の外周側から中心軸に向けて照明光を照射させることができるが、この照明光をスリット板２４によりフェルール１１の中心軸を中心とした角度の何れかの角度からの一方向の照射光とすることができる。

イメージセンサ３は、焦点検出部５からの指示により撮影した画像データを画像メモリ４に記憶させる。

画像メモリ４は、イメージセンサ３で撮影した画像データを記憶する。画像メモリ４は、１００枚程度の画像データを記憶できるようになっている。

焦点検出部５は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、記憶装置と、入出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭ及びハードディスク装置には、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを焦点検出部５として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭ及びハードディスク装置に記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、焦点検出部５として機能する。焦点検出部５の入出力ポートには、イメージセンサ３、画像メモリ４、光源調整モータ２５、焦点調整モータ２８が接続されている。

焦点検出部５は、光源調整モータ２５を制御して、スリット板２４を予め設定された角度ずつ回転させイメージセンサ３に画像を撮影させる。

焦点検出部５は、スリット板２４の角度を変えて撮影した画像の全体の明るさの平均値を算出し、明るさの平均値の差が予め設定された値以下である場合、フェルール１１の端面１１ａがレンズ２１の光軸と直交するＵＰＣコネクタと判断して、焦点調整モータ２８を制御してフェルール１１の端面１１ａに焦点の合った合焦画像データを得る。

図３に示すように、明るさの平均値の差が予め設定された値より大きい場合、焦点検出部５は、フェルール１１の端面１１ａが傾斜しているＡＰＣコネクタと判断する。焦点検出部５は、明るさの平均値が最大の画像を撮影した角度にスリット板２４を固定する。スリット板２４を回転させることにより、端面１１ａに照射する照明光の方向を変え、端面１１ａに垂直に照明光を照射させることができる角度を探索し、その角度にスリット板２４を固定している。このスリット板２４の角度により、コネクタ保持部に挿入されたフェルール１１の端面１１ａの傾斜方向を検出することができ、傾斜した端面１１ａでレンズ２１の方向へ反射するように照明光を照射させることができる。傾斜方向とは、端面１１ａのいずれかの点で端面１１ａの傾斜角が最大となる方向である。

焦点検出部５は、フェルール１１の端面１１ａが傾斜していると判定した場合、ピント位置を所定距離ずつ変えて端面１１ａの一部にピントの合った複数の画像データを取得し、複数の画像データのピントの合った部分を合成して端面１１ａ全体にピントの合った合焦画像データを取得する。

このため、本実施形態においては、図４に示すように、端面１１ａの中央を通る傾斜方向において端面１１ａの一端（図中「Ａ」で示す）から他端（図中「Ｂ」で示す）までのレンズ２１の光軸方向の距離ｄ［μｍ］をＮ等分し、分割されたそれぞれの範囲内の端面１１ａにピントの合った画像をＮ枚撮影し、それぞれの画像のピントの合った部分を合成する。分割数Ｎは、レンズの被写界深度やフェルール１１の端面１１ａの傾斜角度などから決められる。分割数Ｎは、撮影した画像のピントの合った部分を合成して焦点の合った画像を得ることができる画像の分割数である。

具体的に、焦点検出部５は、スリット板２４を固定した状態で、焦点調整モータ２８を制御してフェルール１１の端面１１ａの中央に焦点が合うレンズ位置を探す。これは、通常のオートフォーカス処理で、例えば、隣接画素の輝度差により焦点が合っているかを判断する。

焦点検出部５は、フェルール１１の端面１１ａの中央に焦点が合うレンズ位置からピント位置が予め設定された距離だけフェルール１１の端面１１ａに近づく方向に移動させて画像を撮影させる。ここで、予め設定された距離は、ｄ／２−ｄ／２Ｎ［μｍ］となる。すなわち、図４において、端面１１ａの一端のＡからレンズ２１の光軸方向にレンズ２１に近い方にｄ／Ｎの範囲にピントの合う位置にレンズ２１のピント位置が移動される。

焦点検出部５は、ｄ／Ｎ［μｍ］ずつピント位置がフェルール１１の端面１１ａから遠ざかる方向に移動するようにレンズ位置を移動させて画像を撮影してＮ個の画像を取得する。

焦点検出部５は、最初に撮影した画像の番号をゼロ、最後に撮影した画像の番号をＮ−１とする。

焦点検出部５は、図５に示すように、イメージセンサ３の画素のフェルール１１の端面１１ａの中心が結像している点を中心として横Ｗドット、縦Ｈドットのサイズで切り出す。そして、左上の画素を（０，０）として右方向にｉドット、下方向にｊドット進んだドットを（ｉ，ｊ）で表す。

焦点検出部５は、（ｉ，ｊ）の画素を以下の数１で算出した画像番号ｎ（ｉ，ｊ）の画素から選択することにより合焦画像データを合成する。

ここで、θは、撮影時のスリット板２４のスリット２４ａ位置の角度、φは、フェルール１１の端面１１ａの研磨角度（傾斜角度）とする。傾斜角度は、端面１１ａのいずれかの点での端面１１ａの傾斜角の最大値である。

また、δは、端面１１ａでのレンズ２１の光軸と直行する平面での画素間に対応する距離である。すなわち、（ｘ，ｙ）は、図６に示すように、端面１１ａのレンズ２１の光軸と直行する平面での端面１１ａの中心を（０，０）としたＸＹ座標の値である。

また、saturate(x,a,b)は、値xを下限ａ、上限bの範囲内に収める関数である。floor(x)は、値ｘ以下の最大の整数を求める関数である。

図４及び図６に示すように、レンズ２１の光軸と直行する平面にＸ軸、Ｙ軸をとり、レンズ２１の光軸方向にＺ軸をとり、端面１１ａの中心を（０，０，０）としたＸＹＺ座標を考える。

座標の値が（ｘ，ｙ，ｚ）の点Ｐにおいて、どの画像を選択すればいいかは、傾斜方向に端面１１ａの中心を通る断面においてレンズ２１の光軸方向にどの位置にあるかにより決まる。図４に示すように、点Ｐでは、ｚ＋ｄ／２をｄ／Ｎで除算した整数部分が画像番号ｎになる。すなわち、数２の式のようになる。

図６において、端面１１ａの中心を通る傾斜方向の直線Ｌ方向の単位ベクトルｖは、Ｚ軸を中心としてＸ軸方向の単位ベクトルを反時計回りにθ度回転させたベクトルである。直線Ｌと直交し点Ｐを通る直線上の点Ｐ'のｚの値は点Ｐと等しいので、端面１１ａの中心を通る傾斜方向の断面でのｚを求めればよい。点Ｐ'のＸＹ平面での端面１１ａの中心からの距離をｐｖとすると、ｚは、図４に示すように、ｚ＝ｐｖ・ｔａｎφとなる。

図６において、ｐｖは、ＸＹ座標を反時計回りにθ回転させた点ＰのＸ座標の値であるので、ｐｖ＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθとなる。すなわち、ｚ＝（ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ）ｔａｎφとなり、これを数２の式に代入すると数１となる。なお、数１では、端面１１ａ上にない点も考慮して上限値下限値の制限を設けている。

このように、スリット板２４によりフェルール１１の端面１１ａの傾斜の方向を検出し、このときのスリット板２４のスリット２４ａ位置の角度θと、フェルール１１の端面１１ａの研磨角度φと、から各画素の焦点の合った画像を選択し、合成しているため、チップを交換することなく、斜めに研磨されたフェルール１１の端面１１ａの合焦画像データを取得することができ、検査することができる。

以上のように構成された本実施形態に係る光コネクタ端面検査装置１による焦点検出処理について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する焦点検出処理は、光コネクタ１０がコネクタ保持部に保持され、例えば、合焦スイッチが押されることで開始される。

ステップＳ１において、焦点検出部５は、スリット板２４を一定角度ごとに回転させて画像を撮影する。

ステップＳ２において、焦点検出部５は、各画像の明るさの平均値を算出し、明るさの平均値の差の最大値が所定値以下か否かを判定する。明るさの平均値の差の最大値が所定値以下であると判定した場合、ステップＳ７において、焦点検出部５は、焦点調整モータ２８を制御して検査対象のフェルール１１の端面１１ａに焦点の合った合焦画像データを得て、処理を終了する。

明るさの平均値の差の最大値が所定値以下でないと判定した場合、ステップＳ３において、焦点検出部５は、明るさの平均値が最大の画像を撮影した角度にスリット板２４を固定する。

ステップＳ４において、焦点検出部５は、焦点調整モータ２８によりレンズ２１を動かして、検査対象のフェルール１１の端面１１ａの中央部に焦点が合うレンズ位置を探す。

ステップＳ５において、焦点検出部５は、フェルール１１の端面１１ａの中央部に焦点が合うレンズ位置からピント位置が予め設定された距離だけフェルール１１の端面１１ａに近づく方向に移動させて画像を撮影し、ｄ／Ｎ［μｍ］ずつレンズ位置をフェルール１１の端面１１ａから遠ざけて画像を撮影してＮ個の画像を取得する。

ステップＳ６において、焦点検出部５は、上述の数１により撮影した画像を合成して合焦画像データを得て、処理を終了する。

なお、本実施形態においては、フェルール１１及び光ファイバの端面１１ａを検査する場合について示したが、これに限定されるものではなく、例えば、固形部材の端面を検査する場合にも用いることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 光コネクタ端面検査装置
２ 光学系
３ イメージセンサ
５ 焦点検出部
２１ レンズ
２２ ハーフミラー
２３ 照明用ＬＥＤ（光源）
２４ スリット板
２４ａ スリット
２５ 光源調整モータ
２６ 光源軸補正素子
２８ 焦点調整モータ

Claims (5)

1. 所定の位置に固定された部材の端面の像をイメージセンサ（３）の位置に結像させる光学系（２）と、前記イメージセンサの出力する画像データを取得し、前記画像データのピントが合っているか否かを判定する焦点検出部（５）と、を備える光コネクタ端面検査装置であって、
   前記焦点検出部は、前記端面に照射される照明光の照射方向を変えて、前記端面の明るさに基づいて前記端面が傾斜しているか否かを検出し、前記端面が傾斜していることを検出した場合、前記光学系の焦点距離を所定距離ずつ変えて前記端面の一部に焦点の合った複数の前記画像データを取得し、当該複数の画像データを合成して合焦画像データを取得する光コネクタ端面検査装置。
2. 前記光学系は、光源（２３）からの照明光の一部のみを通過させるスリット（２４ａ）が設けられたスリット板（２４）と、前記スリットを通過した前記照明光の一部の進行する角度を変える光源軸補正素子（２６）と、を備え、
   前記焦点検出部は、前記スリット板により前記端面に照射される照明光の照射方向を変える請求項１に記載の光コネクタ端面検査装置。
3. 前記焦点検出部は、前記端面が傾斜していることを検出した場合、前記端面の傾斜角と傾斜方向に基づいて前記複数の画像データから合成する画素を選択する請求項１または請求項２に記載の光コネクタ端面検査装置。
4. 前記焦点検出部は、前記端面の明るさが最も明るいときの前記端面に照射される照明光の照射方向に基づいて前記端面の傾斜方向を検出する請求項３に記載の光コネクタ端面検査装置。
5. 所定の位置に固定された部材の端面の像をイメージセンサ（３）の位置に結像させる光学系（２）を備える光コネクタ端面検査装置の合焦画像データ取得方法であって、
   前記端面に照射される照明光の照射方向を変えて、前記端面の明るさに基づいて前記端面が傾斜しているか否かを検出するステップと、
   前記端面が傾斜していることを検出した場合、前記光学系の焦点距離を所定距離ずつ変えて前記端面の一部に焦点の合った複数の画像データを取得するステップと、
   当該複数の画像データを合成して合焦画像データを取得するステップと、を有する光コネクタ端面検査装置の合焦画像データ取得方法。