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【発明の名称】 Ｖ溝測定方法
【発明者】 【氏名】井出 浩樹
【要約】 【課題】光ファイバーを固定するためのＶ溝の形状測定結果より、これらの位置関係を迅速，高精度に算出するＶ溝測定方法を提供する。

【解決手段】Ｖ溝の側面の直線近似を以下の条件を満たすまで繰り返すアルゴリズムを有するデータ解析手法を用いた構成とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｖ溝の側面の直線近似を以下の条件を満たすまで繰り返すアルゴリズムを有するデータ解析手法を用いたＶ溝測定方法；
（１）近似範囲内の近似誤差が所要精度内にある。
（２）前記Ｖ溝に固定される略円柱部材の、近似直線との接触点が、前記近似範囲内にある。
但し、（１）を満たさないときは前記近似範囲を狭め、（２）を満たさないときは前記接触点の前後に前記近似範囲を取り直すものとする。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ファイバーコネクタ及びコネクタ成型用金型に形成されるＶ溝の測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光ファイバー同士を接続するためのコネクタにおいては、これにより正確な位置関係で接続が行われるようにするために、図７に斜視図で示すように、基板３上に並設された複数のＶ溝２にそれぞれ光ファイバー１を固定するという構造が採用されている。尚、同図では左右及び後部を省略している。この場合、そのＶ溝に対して、例えば光ファイバーの中心がどこに来るかといった位置関係、さらには各光ファイバー間の位置関係が重要となる。そのため、実際に光ファイバーをＶ溝に載置してその位置の測定を行う事も可能であるが、光ファイバー自体にも形状誤差が存在するため、Ｖ溝に対する光ファイバーの標準的な位置関係を知る事はできない。
【０００３】そこで、例えば特公平６−７９０９８号公報に記載されている如く、比較的測定が容易な接触式の形状測定機を用いてＶ溝の形状測定を行い、その測定結果から光ファイバーが接触する面の近似直線を求め、これにより位置関係を特定するという事が行われている。これは、形状測定機の触針をＶ溝の長手方向に対して垂直に移動させ、Ｖ溝１本当たり２０点以上の表面上の点を測定し、これらの測定値の中からＶ溝のエッジ部分及び溝底部分をそれぞれ少なくとも１０μｍ以上の長さに渡って除去し、有効測定長が４０μｍ以上の測定データをもとにして、最小二乗法等の計算手法により、Ｖ溝の側面形状を直線で形成される形状として算出するものである。
【０００４】また、その他の方法として、例えば特開平６−１８５９８２号公報に記載されている如く、Ｖ溝に所定形状のピン或いは球を置き、画像センサで反射照明により観察し、その出力信号を画像処理してピン或いは球のセンタ位置を求めるという事が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特公平６−７９０９８号公報に記載されているような方法では、近似区間が長くなると、Ｖ溝側面のうねりや歪みによって近似性が悪くなり、光ファイバーの位置関係にミクロン単位の誤差を生じる可能性がある。具体的には、例えば図８（ａ）に示すように、最小二乗法等の計算手法により算出された破線で示す近似直線ｌａに対し、解析による接触点ａで接触する破線の円で示す解析による光ファイバー位置１ａが導き出されたとしても、Ｖ溝側面の実際の形状はｌｂのように大きくうねっており、実際の接触点ｂで接触する実線の円で示す実際の光ファイバー位置１ｂは、解析による光ファイバー位置１ａに対して大きくずれているという事が考えられる。
【０００６】このような事態を避けるために、近似区間を或程度短く取る必要があるが、この場合、図８（ｂ）に示すように、データの選び方によっては近似直線ｌａ及び実際の形状ｌｂに対し、各接触点ａ，ｂがそれぞれ近似範囲Ｎから外れ、実際の光ファイバー位置１ｂが解析による光ファイバー位置１ａに対して更にずれてしまう恐れがある。このようにして、Ｖ溝の形状を把握する事を目的とした場合、光ファイバーの位置関係を知るためには、測定データを近似する等の処理が必要となり、計算誤差が乗ってしまう。
【０００７】また、上記特開平６−１８５９８２号公報に記載されているような方法では、実際に光ファイバーのダミーであるピンや球をＶ溝に載置してその位置を測定する事になるので、そのダミー自体にも形状誤差があるため、その分だけ測定精度が落ちる。また、この方法では、通常、画像処理等を用いて測定を行うが、その画像処理による誤差がある上に、ダミーとしてピンを用いる場合は、その上端を測定する事になるため、その分だけ測定精度が落ちる。さらに、全体として測定作業に手間がかかる。
【０００８】本発明は、このような問題点に鑑み、光ファイバーを固定するためのＶ溝の形状測定結果より、これらの位置関係を迅速，高精度に算出するＶ溝測定方法を提供する事を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明では、Ｖ溝の側面の直線近似を以下の条件を満たすまで繰り返すアルゴリズムを有するデータ解析手法を用いた構成とする。
（１）近似範囲内の近似誤差が所要精度内にある。
（２）前記Ｖ溝に固定される略円柱部材の、近似直線との接触点が、前記近似範囲内にある。
但し、（１）を満たさないときは前記近似範囲を狭め、（２）を満たさないときは前記接触点の前後に前記近似範囲を取り直すものとする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のＶ溝測定方法で用いる接触式の形状測定機による測定時の構成を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、光ファイバーを支持するためのＶ溝２が複数本互いに平行に配設されたガラス材等より成る基板３が、ステージ４上に載置されている。一方、形状測定機の本体５より側方に延びるアーム６の先端からは、触針７が下方に延びている。測定時には、触針７を降ろしてＶ溝２に接触させながら、これをＶ溝２の長手方向に対して垂直方向である側方に矢印で示すように相対移動させ、Ｖ溝２の形状を測定する。
【００１１】測定箇所は、主に各Ｖ溝２の中央付近であるが、必要に応じて両端或いはその他複数箇所を測定する場合もある。触針７は、側方に移動するにつれて、Ｖ溝２の形状に沿って上下動するので、これを本体５に内蔵されている図示しない歪ゲージやレーザー測長器等により検出し、電気的に変換して形状測定データとする。
【００１２】尚、このような形状測定機による測定は従来より行われているものであり、この接触式に限らずその他の方式、例えばＣＣＤカメラでＶ溝形状を撮影し、これを画像処理するといった方法を用いても良い。また、Ｖ溝２の長手方向に対する垂直方向を見いだす方法としては、同じくＣＣＤカメラでＶ溝２の長手方向と触針７の相対移動方向を比較する方法や、ステージ４を所定の角度だけ正確に回転させ、三角測量の要領で垂直方向を把握するもの等がある。
【００１３】図２は、本発明のＶ溝測定方法における、形状測定データの解析の原理を模式的に示す図である。また、図３は形状測定データの解析のアルゴリズムの流れを示すフローチャートである。図２において、まず、Ｖ溝２に断面が円形状の破線で示す光ファイバー１が載置される場合を想定する。そして、Ｖ溝２の両側面２ａ，２ｂ上でそれぞれ近似範囲Ｎ1，Ｎ2を取り、それぞれの近似範囲における近似直線ｌ1，ｌ2を求める。これらの近似直線は、各近似範囲における形状測定データをもとに、最小二乗法により算出したものである。
【００１４】これら近似範囲の設定は、最初は例えば上記従来の技術で示したように、Ｖ溝のエッジ部分及び溝底部分をそれぞれ少なくとも１０μｍ以上の長さに渡って除去し、有効測定長が４０μｍ以上の測定データとなるようにしても良い。尚、同図のＲは光ファイバー１の半径を示しており、ここではＶ溝に固定される光ファイバーの半径の設計値或いは平均値等を想定している。
【００１５】以下、図３のフローチャートに従って、形状測定データの解析の手順を説明する。解析が開始されると、ステップ＃５において、近似直線ｌ1，ｌ2をそれぞれ光ファイバー１の半径ＲだけＶ溝２の内側へ平行移動した直線ｌ′1，ｌ′2の交点をＣ点とする（図２参照）。次に、ステップ＃１０において、Ｃから直線ｌ′1，ｌ′2にそれぞれ下ろした垂線の交点（足）ｓ1，ｓ2がそれぞれ近似範囲Ｎ1，Ｎ2内に存在するか否かを判定し、存在すればステップ＃１５に移行する。
【００１６】ステップ＃１５において、各近似直線における最小二乗法による二乗平均誤差が、所要の精度を満たしているか、即ち製品として要求されている精度に見合っているか否かを判定し、精度を満たしていればステップ＃２０に移行し、Ｃ点を光ファイバー１の中心として解析を終了する。
【００１７】ステップ＃１０において、垂線の足ｓ1，ｓ2がそれぞれ近似範囲Ｎ1，Ｎ2内に存在しなければ、ステップ＃２５に移行し、そのｓ1，ｓ2の前後に近似範囲Ｎ1，Ｎ2を取り直して近似直線ｌ1，ｌ2を再計算し、ステップ＃５に戻る。また、ステップ＃１５において、二乗平均誤差が所要の精度を満たしていなければ、ステップ＃３０に移行し、その近似直線の近似範囲を狭めた後、ステップ＃５に戻る。
【００１８】この近似範囲を狭める具体的な手法としては、形状測定データより把握されるＶ溝２の側面２ａ或いは２ｂの表面粗さや表面うねりの状況に応じて、例えば現在の近似範囲の何割かになるようにその範囲を狭めるという事が行われる。このようにして、Ｖ溝の形状測定データに基づく光ファイバーの接触点及び中心を、必要な精度まで追い込んで特定する。
【００１９】図４は、実際に表面うねりのあるＶ溝を測定した結果を近似した際の、光ファイバー位置の算出結果の一例を示す図である。同図（ａ）に示すように、本発明における形状測定データの解析法による光ファイバーの中心Ｃ1と、図２で説明した最初の近似範囲の全形状データについて直線近似した場合の光ファイバーの中心Ｃ2との位置を比較すると、上下に０．７μｍ、左右に０．４μｍの誤差が生じている事が分かる。
【００２０】このとき、＊１で示される光ファイバーとＶ溝の接触点付近を拡大した同図（ｂ）を観察すると、実際の測定データをつないだ曲線（測定値）と、上記全形状データでの形状の近似との間には相当のズレが見られ、さらに、全形状データで近似した場合の光ファイバー位置と、本発明における形状測定データの解析法による光ファイバー位置との間にも、相当の誤差が生じている事が分かる。そして、本発明における解析法による光ファイバー位置の方が、実際の測定データをつないだ曲線に対する接触状態に明らかに近い事が分かる。これにより、本発明のＶ溝測定方法が有効である事が裏付けられる。
【００２１】図５は、他のＶ溝測定方法の一例を示す斜視図であり、ここでは別の構成の形状測定機を使用している。同図（ａ）において、矢印Ｚで示すＺ軸方向に駆動を行うＺステージ１１上の可動部１１ａには、同じくＺ軸方向に摺動自在にアーム１４が取り付けられており、その下端には触針１５が下方に延びている。また、矢印Ｘで示すＸ軸方向に駆動を行うＸステージ１２上の可動部１２ａには、Ｚ軸方向の周りに回転自在にθステージ１３が取り付けられており、その上面には基板３が載置されている。触針１５のＸ軸，Ｚ軸方向の動きは、図示しないレーザー測長器を用いて高精度に測定される。
【００２２】基板３付近の破線の円で示すＡ部を拡大したものが同図（ｂ）である。同図（ｂ）に示すように、触針１５の下端には光ファイバーと同径の真球度の高い球１６が取り付けられており、これを基板３上に並設されたＶ溝２の長手方向に対して垂直方向であるＸ軸方向に、矢印Ｂで示すようにＸステージ１２により相対移動させ、Ｖ溝２をトレースする。尚、Ｘ軸方向がＶ溝２の長手方向に対して垂直方向となるようにする調整は、θステージ１３により行われる。
【００２３】図６は、本例の測定原理を模式的に示す図である。同図に示すように、触針１５の下端に取り付けられた球１６により、基板３上に並設されたＶ溝２の長手方向に対して垂直方向であるＸ軸方向に、矢印Ｂで示すようにＶ溝２をトレースすると、球１６の中心Ｏは、破線で示す測定軌跡Ｌを描く。ここで、寸法線で示す球１６の半径Ｒは、光ファイバーの半径でもあるので、測定軌跡Ｌの各Ｖ溝２における最下点Ｏ1を、光ファイバーの中心位置として確定する。
【００２４】本例では、直線近似や画像処理等を用いずに光ファイバーの位置関係を直接把握する事ができるため、複雑な計算処理や解析を必要とせずに、高精度な測定が可能となる。また、測定作業は、形状測定機を用いてトレースするだけで済むので、短時間で測定を行う事ができる。さらに、一つの球で全てのＶ溝を測定するので、上記従来の技術で示した光ファイバーのダミーを使用する場合のように、ダミー同士の形状誤差等の影響を受ける事はない。
【００２５】尚、特許請求の範囲で言う略円柱部材は、実施形態における光ファイバーに対応している。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、光ファイバーを固定するためのＶ溝の形状測定結果より、これらの位置関係を迅速，高精度に算出するＶ溝測定方法を提供する事ができる。
【００２７】つまり、従来の単純な直線近似の場合、Ｖ溝の形状精度が悪いと、算出された光ファイバー位置と実際の光ファイバー位置とは、大きく外れる可能性があるが、本発明の場合、直線近似に用いたデータの範囲内での近似誤差が所要精度を満たしている事と、接触点が近似範囲内にあるという事の２点が保証されるため、Ｖ溝に固定される光ファイバーの位置が高精度に算出される。
【００２８】また、Ｖ溝で重要なのは光ファイバーの位置関係である。本発明を用いれば、或程度側面のうねり等を許容できるため、Ｖ溝の形状が悪い場合でも光ファイバーの位置が合えば良いと考えれば、測定結果のフィードバックから通常よりも少ない加工補正で光ファイバー位置を所要精度内に収める事ができる。
【出願人】 【識別番号】０００００６０７９
【氏名又は名称】ミノルタ株式会社
【出願日】 平成１０年１２月８日（１９９８．１２．８）
【代理人】 【識別番号】１０００８５５０１
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 静夫
【公開番号】 特開２０００−１７１２３７（Ｐ２０００−１７１２３７Ａ）
【公開日】 平成１２年６月２３日（２０００．６．２３）
【出願番号】 特願平１０−３４８３７８