(57)【要約】【課題】効率的に光ファイバを検査する画像解析装置及び光ファイバ融着接続システムを提供する。【解決手段】画像解析装置は、光ファイバの側面に光を照射して透過光をレンズを介してカメラで撮像した光ファイバ画像を処理する。画像解析装置は、エッジ処理部、輪郭閾値決定部、輪郭抽出部、判定部を含む。エッジ処理部は、光ファイバ画像の輝度の空間変化を強調する。輪郭閾値決定部は、エッジ処理を施した光ファイバ画像から光ファイバのコア像の輪郭を抽出するための閾値を変化させ、連続するコア像の輪郭を検出可能な閾値を輪郭抽出閾値として決定する。輪郭抽出部は、決定された閾値を用いてコア像の輪郭を抽出する。判定部は、抽出された輪郭にもとづいて光ファイバに要求される基準に対する合否を判定する。【選択図】図２
2014106328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの側面に光を照射して透過光をレンズを介してカメラで撮像した光ファイバ画像において輝度の空間変化を強調するエッジ処理部と、
光ファイバのコア像の輪郭を抽出するための閾値を変化させ、連続するコア像の輪郭を検出可能な閾値を輪郭抽出閾値として決定する輪郭閾値決定部と、
決定された閾値を用いて前記コア像の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
抽出された輪郭にもとづいて前記光ファイバの要求基準に対する合否を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする画像解析装置。
【請求項２】
前記輪郭抽出部が抽出した輪郭にもとづいて前記コア像のコア中心線と、前記コア像の近似線であるの仮想中心線とを算出する算出部をさらに備え、
前記判定部は、前記コア中心線と前記仮想中心線とにより形成される図形の面積を算出し、該面積に基づいて前記光ファイバの要求基準に対する合否を判定することを特徴とする請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項３】
前記輪郭抽出部が抽出した輪郭にもとづいて前記コアの複数個所について、部分中心線と、前記コア像の近似線である仮想中心線とを算出する算出部をさらに備え、
前記判定部は、前記部分中心線と前記仮想中心線の作る角度分布に基づいて、前記光ファイバの要求基準に対する合否を判定することを特徴とする請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項４】
光ファイバの側面に光を照射して透過光をレンズを介してカメラで撮像した光ファイバ画像から明部を抽出する領域抽出部と、
抽出された明部の端部を範囲に含む仮想矩形を作成する矩形作成部と、
前記明部と前記仮想矩形とを比較して、前記光ファイバの端面の要求基準に対する合否を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする画像解析装置。
【請求項５】
画像解析プログラムであって、コンピュータに、
光ファイバの側面に光を照射して透過光をレンズを介してカメラで撮像した光ファイバ画像において輝度の空間変化を強調するエッジ処理機能と、
光ファイバのコア像の輪郭を抽出するための閾値を変化させ、連続するコア像の輪郭を検出可能な閾値を輪郭抽出閾値として決定する輪郭閾値決定機能と、
決定された閾値を用いて前記コア像の輪郭を抽出する輪郭抽出機能と、
抽出された輪郭にもとづいて前記光ファイバの要求基準に対する合否を判定する判定機能と、
を実行させるための画像解析プログラム。
【請求項６】
光ファイバの側面に光を照射する光源と、
前記光ファイバを透過した光をレンズを介して捉えるカメラと、
２つの光ファイバの端面を融着して相互に接続する融着機構と、
前記カメラが撮像した光ファイバの画像を解析する光ファイバ画像解析装置とを備え、
前記光ファイバ画像解析装置は、
光ファイバ画像において輝度の空間変化を強調するエッジ処理部と、
光ファイバのコア像の輪郭を抽出するための閾値を変化させ、連続するコア像の輪郭を検出可能な閾値を輪郭抽出閾値として決定する輪郭閾値決定部と、
決定された閾値を用いて前記コア像の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
抽出された輪郭にもとづいて前記光ファイバの要求基準に対する合否を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする光ファイバ融着接続システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理技術に関し、特に、光ファイバを検査するための画像解析装置、及び光ファイバ融着接続システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信機器の高性能化に伴い、機器に搭載される光部品の数が増え、光部品を接続するための光ファイバ接続個所の数も増えている。光ファイバの接続個所では接続損失が発生する。接続個所の数が増加すると機器全体での光損失も増加する。このため、例えばより明るい光源等より高品質の部品が必要となり、コストを押し上げ、また設計の際の自由度を制限する原因となっている。
機器全体の光損失の増加を抑えるために接続個所ごとの接続損失をより低く抑えることが望まれる。
【０００３】
光通信機器内の光ファイバ同士の接続には、機械的接続に比べて接続損失の少ない融着接続が広く用いられる。融着接続では、光ファイバの接続部の被覆を除去し、露出された光ファイバのコア及びクラッドを切断し、切断面を検査し、二本のファイバを高精度にアライメントして突き合わせ、レーザ光やアーク放電などにより突き合わせた部分を加熱溶融し、接続する。そして接続部の検査を経て、加熱補強し、保護スリーブ等を装着する。
【０００４】
融着接続の際、光ファイバの切断面に傾きや欠損が生じたり、接続部に屈曲やコアの軸ずれやが生じると接続損失が大きくなる。したがって、接続損失を要求レベル以下に抑えるために融着前のファイバ端面および融着後の接続部の検査が重要となる。
光ファイバの検査方法としては、例えば、光ファイバの像をカメラで捉えてモニタに表示させ、モニタ画面の目視により光ファイバの状態を観察する方法がある。
引用文献１には、光ファイバの軸に直角な方向から光ファイバに光を照射し、光ファイバを透過する光を顕微鏡で受けて結像し、光ファイバのコアの偏心成分を算出し、コアの軸合わせを行う方法及び装置が記載されている。
【０００５】
また、接続前後の光ファイバの状態を目視によらず客観的に数値計測により判定する試みもなされている。
例えば引用文献２には、光ファイバと測定ウィンドウとを相対的に動かし、光ファイバ端面の像の端縁を測定ウィンドウが捕捉して光ファイバ端面に関する情報を得る方法が記載されている。
また引用文献３には、光伝波体の継ぎ合わせ箇所を引張応力にさらし、継ぎ合わせ箇所の前から測定光を入力し、後で出力光を測定して光減衰量を測定する継ぎ合わせ箇所の検査方法および装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−４６５０９号公報
【特許文献２】特開平１１−１３２９０７号公報
【特許文献３】特表平９−５０２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光ファイバ側面から光をあて、透過光をカメラで捉えてモニタに表示させ、モニタ画面の目視検査により光ファイバの状態を観察する検査方法は、実際に光ファイバに通光して損失を測定する方法に比べて簡易に実現でき、また接続前の端面検査も可能である。
しかしながら例えば伝送容量の大きいシングルモード光ファイバの場合コアの直径は１０マイクロメートル以下であり、顕微鏡で拡大してもＣＣＤカメラの画素で直径数ピクセル程度にすぎない。さらに、コアの直径以下のわずかな軸ずれや曲がり等であっても、今日の高い要求水準に照らすと問題となる。
このような微細なコア外観形状について前述の方法では高い解像度は望めず、また得られる画像においてコア像とその周辺部とのコントラストは大きくないため、精度に限界がある。よって、コア画像のモニタ上での目視検査においては、検査員の経験及びスキルに頼る部分が大きい
【０００８】
熟練した検査員であっても、低コントラストかつ低解像度な画像から良品と不良品の微妙な差異を判定するためには相応の時間がかかる。
さらに目視検査においては不良品と良品の境界を明確に設定できず、担当者によって基準が異なったり、不良品の見逃しが発生する可能性がある。光ファイバ融着接続前後の検査で不良品が見逃され、製品組み立て後の検査で不具合が判明した場合、不良個所の特定や修理等に桁違いに長い時間が必要となる。
【０００９】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率的に光ファイバを検査するための画像解析装置及び光ファイバ融着接続システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の画像解析装置は、光ファイバの側面に光を照射して透過光をレンズを介してカメラで撮像した光ファイバ画像において輝度の空間変化を強調するエッジ処理部と、光ファイバのコア像の輪郭を抽出するための閾値を変化させ、連続するコア像の輪郭を検出可能な閾値を輪郭抽出閾値として決定する輪郭閾値決定部と、決定された閾値を用いてコア像の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、抽出された輪郭にもとづいて光ファイバの要求基準に対する合否を判定する判定部と、を備える。
【００１１】
本発明の別の態様もまた、画像解析装置である。この装置は、光ファイバの側面に光を照射して透過光をレンズを介してカメラで撮像した光ファイバ画像から明部を抽出する領域抽出部と、抽出された明部の端部を範囲に含む仮想矩形を作成する矩形作成部と、明部と仮想矩形とを比較して、光ファイバの端面の要求基準に対する合否を判定する判定部と、を備える。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、光ファイバ融着接続システムである。この光ファイバ融着接続システムは、光ファイバの側面に光を照射する光源と、光ファイバを透過した光をレンズを介して捉えるカメラと、２つの光ファイバの端面を融着して相互に接続する融着機構と、カメラが撮像した光ファイバの画像を解析する光ファイバ画像解析装置とを備える。光ファイバ画像解析装置は、光ファイバ画像において輝度の空間変化を強調するエッジ処理部と、光ファイバのコア像の輪郭を抽出するための閾値を変化させ、連続するコア像の輪郭を検出可能な閾値を輪郭抽出閾値として決定する輪郭閾値決定部と、決定された閾値を用いてコア像の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、抽出された輪郭にもとづいて光ファイバの要求基準に対する合否を判定する判定部と、を備える。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、プログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、効率的に光ファイバを検査できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかる光ファイバ融着接続システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光ファイバ融着接続システムのファイバ画像解析装置の接続部画像解析装置の構成を示すブロック図である。
【図３】平行光を光ファイバの側面から投射し、反対側から透過光をＣＣＤカメラで捉えた光ファイバ像の例を示す模式図である。
【図４】光ファイバ画像からコア像の輪郭を抽出するための閾値を決定する処理を説明するための図である。
【図５】コア輪郭線抽出処理及びコア中心線算出処理の例を示す図である。
【図６】ずれ面積と、融着接続個所の接続損失との関係を示す相関図である。
【図７】光ファイバコアの屈曲検出処理を説明するための図である。
【図８】平行光を光ファイバの側面から投射し、反対側から透過光をＣＣＤカメラで捉えた光ファイバ像の別の例を示す模式図である。
【図９】図８の光ファイバ像の接続部付近にコア中心線を重ねて示した模式図である。
【図１０】軸ずれ角度と、融着接続個所の接続損失との関係を示す相関図である。
【図１１】コア中心線の角度分布の例を示す図である。
【図１２】図１の光ファイバ融着接続システムのファイバ画像解析装置の端面画像解析装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３（ａ）及び（ｂ）は、融着接続前の二つの光ファイバを端面を向かい合わせて配置した状態で平行光を光ファイバの側面から投射し、反対側から透過光をＣＣＤカメラで捉えた光ファイバ像の例を示す模式図である。
【図１４】光ファイバ融着接続の手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１４の切断面検査の手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１４の接続部検査の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
はじめに概要を説明する。
本発明の実施形態では、光ファイバ融着接続前の端面検査および融着後の接続部検査において、検査員のモニタ目視による判定に代えて、画像処理による自動判定を行う。融着前検査においては、コアとクラッドを含む光ファイバの切断面の形状から切断面の欠損状態を判定し、融着後検査においては、光ファイバのコア画像を抽出して接続部付近のコアの曲がりやずれを判定する。
【００１７】
以下、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる光ファイバ融着接続システム１０の構成を示すブロック図である。光ファイバ融着接続システム１０は、光ファイバを融着接続し、また融着接続前後の光ファイバを撮像するファイバ融着接続装置２０、ファイバ融着接続装置２０から光ファイバ画像を取得し、融着接続前後の光ファイバを検査するファイバ画像解析装置５０、及びユーザからの指示を受け付け、また検査結果をユーザに提示するための入出力インタフェイス４０を備える。
【００１８】
ファイバ融着接続装置２０は、ファイバ融着機構２２と、ファイバ撮像部３０とを含む。ファイバ融着機構２２は例えば、図示しないファイバ把持機構と加熱溶融手段とを含み、接続対象の２本の光ファイバを融着接続する。ファイバ撮像部３０は、光ファイバの側面から平行光を照射する光源３２と、光ファイバの反対側で透過光を受け、光ファイバ内部に焦点を定めて光ファイバ像を拡大する顕微鏡３４と、顕微鏡３４を介して透過光を捉えるＣＣＤカメラ３６とを備える。顕微鏡３４は、図示しない対物レンズ、鏡筒、及びカメラ側レンズを含む。
光源３２は、例えば光ファイバ軸（以下、「Ｚ軸方向」ともいう）に垂直かつ互いに垂直な２方向（以下、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」ともいう）から順次光を投射し、ＣＣＤカメラ３６は、１つのサンプルにつきＸ軸方向、Ｙ軸方向の二枚の画像を取得する。
光源３２およびカメラ３６は、Ｘ軸方向撮影用とＹ軸方向撮影用の二組設けられてもよい。
【００１９】
ファイバ画像解析装置５０は、光ファイバ融着接続前に接続対象の２本の光ファイバの端面の画像を自動解析し、端面の欠損や傾斜の有無を検出して接続前端面検査の合否を判定する端面画像解析装置１５０と、光ファイバ融着接続後に接続個所の画像を自動解析し、接続個所における曲がりやずれの有無を検出して接続状態検査の合否を判定する接続部画像解析装置１００とを含む。入出力インタフェイス４０は、ユーザからの指示を取得する入力装置４２と、ユーザに自動判定結果を提示する出力装置４４を含む。
入力装置４２は例えば、キーボード、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、タッチパネル、マイクロフォン等で構成され、出力装置４４は例えば、ディスプレイ、スピーカ等で構成される。
【００２０】
図２は、図１の光ファイバ融着接続システム１０のファイバ画像解析装置５０の接続部画像解析装置１００の構成を示すブロック図である。
【００２１】
接続部画像解析装置１００は、ＣＣＤカメラ３６が撮像した光ファイバ画像を取得する画像取得部１０１、取得した光ファイバ画像に対して例えばガウス平滑化フィルタ等を適用して平滑化処理を施す平滑化処理部１０２、平滑化処理後の光ファイバ画像に対して輝度（「光強度」ともいう）の空間変化を強調するエッジ処理部１０４、エッジ処理後の光ファイバ画像において光ファイバのコア像の輪郭を抽出するための閾値を動的に定める輪郭閾値決定部１１０、決定された閾値を用いてコア像の輪郭を抽出する輪郭抽出部１０６、抽出されたコア像の輪郭に基づいてコア像の中心線を算出する中心線算出部１０８、抽出された輪郭や算出された中心線を用いて光ファイバの接続個所の要求基準に対する合否を判定する接続状態判定部１２０、及びその判定の際の条件式や閾値などのパラメータを格納する接続部判定条件記憶部１４０を備える。
【００２２】
図３は、ファイバ融着機構２２が光ファイバを融着接続した後、ファイバ撮像部３０が撮像し、画像取得部１０１が取得した光ファイバ像の例を示す模式図である。出力装置４４の画面１に暗部４、高輝度領域３、コア像２が表示されている。高輝度領域３とコア像２を合わせた部分を明部５とよぶ。なお、図３においてはコアの一部が屈曲している光ファイバ像の例を示している。
【００２３】
光ファイバ側面から照射された光は、光ファイバクラッドやコアへの入射時の屈折によるレンズ効果、クラッド表面およびクラッドとコアの境界での反射の効果等により、様々なパスを通る。顕微鏡３４の焦点を適切に設定すると、コアを透過した光が形成するコア像２が、その両脇の高輝度領域３に比べて若干明るく映り、またコア像２と高輝度領域３の境目に相対的に光強度の弱い部分（以下、「暗線」ともいう）が存在する光ファイバ像が得られる。
しかしながら、特許文献１に示されるように高輝度領域３とコア像２の輝度差、及び暗線とコア像２との輝度差は大きくない。
【００２４】
図３においてはコア像２と高輝度領域３を模式的に区別して示しているが、実際の画面１におけるコア像２は、高輝度領域３とのコントラストが低く、低解像度の像となる。
また、光ファイバにおいて側面から光をあててその透過光を測定することは元々想定されていないため、クラッド部分はコア部分に比べると透明度や太さ等、必ずしも厳密に一様ではない。さらに、クラッド中のコアの位置も必ずしも厳密に一定ではない。本実施形態におけるコア像２は、コアのみならずクラッド部分をも通過した光によって形成されるため、その輝度は空間的に大きく変動する。また、サンプル画像ごとに変動する。
さらに、クラッドを透過した屈折光と、クラッドとコアの境界での反射光とを含む高輝度領域３においても光強度の空間分布は一定ではない。
【００２５】
このように空間的及びサンプル間で輝度が変動する高輝度領域３を背景として、やはり空間的及びサンプル間で輝度変動があるコア像２を識別し、抽出し、さらにわずか数ピクセルの屈曲やずれを検出する処理は容易ではない。
【００２６】
本実施形態にかかる接続部画像解析装置１００においては、コア像抽出処理の際、平滑処理後の画像にさらにエッジ処理を施した画像を用いる。これにより、コア像２及び高輝度領域３の空間的輝度変動によって、誤ってコア像２でない部分をコア像２として抽出してしまうことによる抽出失敗を抑制できる。さらに後述のようにコア抽出の際に動的閾値を用いることにより、空間的光強度変動及びサンプル間の光強度変動にかかわらず、安定的にコア画像を抽出できる。
【００２７】
図２に戻る。輪郭閾値決定部１１０は、コア像２の輪郭を抽出するための仮の閾値（以下、「輪郭抽出仮閾値」ともいう）を設定し、それを用いてコア像２の輪郭を抽出する閾値試行部１１２、及び、閾値試行部１１２がその輪郭抽出仮閾値で輪郭を適切に抽出できたか判定する抽出成否判定部１１４を備える。
【００２８】
図４は、平滑化及びエッジ処理後の光ファイバ画像からコア像２の輪郭を抽出するための閾値を動的に定める処理を説明するための図である。
コア径方向強度分布グラフ８において、Ｘ軸は、光ファイバ画像上のファイバ径方向の位置を示す。エッジ処理後強度分布６は、エッジ処理後画像の径方向の各位置における強度分布を示す。なおここでは、輝度の空間変化を強調するエッジ処理として２次元微分処理のラプラシアンフィルタを用いた例を示している。
【００２９】
閾値試行部１１２は、光ファイバ画像の軸方向の所定範囲においてコア像２の輪郭を抽出するための輪郭抽出仮閾値を設定し、輪郭抽出仮閾値を適用してコア像２を抽出する。
抽出成否判定部１１４は、抽出されたコア像２が所定範囲において連続であるか否か、すなわち抽出されたコア像２の輪郭が所定範囲において連続であるか否か判定する。連続と判定した場合、抽出成否判定部１１４はその輪郭抽出仮閾値をその所定範囲で光ファイバのコア像２の輪郭を抽出するための輪郭抽出閾値として決定する。
一方、抽出成否判定部１１４が不連続と判定した場合、閾値試行部１１２はその輪郭抽出仮閾値よりも低い値の輪郭抽出仮閾値を設定して再度コア像２を抽出し、抽出成否判定部１１４は、その輪郭線が所定範囲において連続であるか否か判定する。連続なコア像２が抽出できるまでこの処理が繰り返される。
【００３０】
図４に示す例においては、輪郭抽出仮閾値を第１閾値７ａ、第２閾値７ｂ、第３閾値７ｃと上げていったときに、第３閾値７ｃで初めて所定範囲において連続するコア像が検出できたため、第３閾値７ｃを輪郭抽出閾値と決定した。
【００３１】
前述のように、コア像２の軸方向の光強度は一定でないため、軸方向のある位置において適切な閾値を決定しても、その閾値は他の位置では不適切となる場合もある。そこで所定範囲において輪郭抽出仮閾値を動的に変化させながら、その範囲内で抽出した輪郭が連続か否か判定することで、その範囲内について適切な閾値を決定できる。よって、画像内の強度変動、またサンプル間の光強度差を吸収でき、光強度変動によるコア像２の誤検出を低減できる。
【００３２】
輪郭抽出閾値を決定する際の光ファイバ軸方向の所定範囲、輪郭抽出仮閾値の初期値、及び輪郭抽出仮閾値を変化させる際のステップ幅は、光ファイバ種類や機器、観測条件等によって異なるため、経験則または実験により定める。
【００３３】
輪郭抽出部１０６は、決定された輪郭抽出閾値を用いて光ファイバ画像を２値化し、２値化された領域の境界であるコア像２の輪郭線を抽出する。
図５は、コア輪郭線抽出処理及びコア中心線算出処理の例を示す。図５の光ファイバ画像１１において、Ｚ軸はコア軸に沿った方向のピクセル位置を示し、Ｘ軸は、コアの径方向のピクセル位置を示す。なお、図５においては、Ｚ軸に比べてＸ軸を１０倍に引き伸ばして示している。
図５においてピクセル精度輪郭線１３ａ及びピクセル精度輪郭線１３ｂは、輪郭抽出部１０６が抽出したコア像２の輪郭線を示す。
【００３４】
このように、光ファイバ画像から２値化画像を作成してコア像２を抽出し、その輪郭線を抽出することで、画像内の空間的強度変動を吸収し、光ファイバ接続部のコア像２の形状を画像処理により解析することが可能となる。
【００３５】
なお、例えばシングルモード光ファイバのようにコアが細い場合、コア像２は一般的にコア径数ピクセル程度となり、図５に示すように、ピクセル精度輪郭線１３ａ及びピクセル精度輪郭線１３ｂは滑らかではない。
そこで、輪郭抽出部１０６は、ピクセル間を例えば直線近似により補間して輪郭抽出閾値を適用し、輪郭点を抽出してもよい。これによりサブピクセル精度で滑らかな輪郭線を抽出でき、低解像度な実測値を高分解能で扱うことができ、画像解析により光ファイバ接続部の検査合否を判定する際の判定ミスを低減できる。
【００３６】
平滑化処理部１０２は、輪郭線抽出部が抽出した輪郭線を平滑化する。
具体的には平滑化処理部１０２は、抽出されたサブピクセル精度のコア輪郭線の各点において、図５のＺ方向所定の平均化ピクセル数の範囲でサブピクセル精度輪郭線のＸ座標を平均し、その点の平滑化処理後輪郭線Ｘ座標とする。図５においては、サブピクセル精度の輪郭線に対して平均化ピクセル数を１０とし、各点の前後１０ピクセル範囲内を平均して平滑処理を行った平滑化処理後輪郭線１２ａ、平滑化処理後輪郭線１２ｂを示す。
【００３７】
中心線算出部１０８は、輪郭線抽出部１０６が抽出し、平滑化処理部１０２が平滑化した輪郭線を用いて、コア像２の中心線を算出する。具体的には、２本の平滑化処理後輪郭線１２ａ及び１２ｂについて、コア軸方向の位置座標すなわちＺ座標が等しい点のＸ位置座標を平均して、コア中心点を算出する。そして各Ｚ座標におけるコア中心点をつないで中心線とする。図５に、中心線算出部１０８が算出したコア中心線１４の例を示す。
【００３８】
中心線算出部１０８はさらに、コア中心線１４に基づいてコア中心線１４の近似線である仮想中心線１６を算出する。
具体的には、算出したコア中心点から、融着接続個所から所定の範囲にあるコア中心点を除き、例えば最小二乗法等により直線や直線に近い関数で近似することにより、仮想中心線１６を算出する。
平滑処理に用いる平均化ピクセル数、及び仮想中心線算出の近似計算の際に除く融着接続個所から所定の範囲は、光ファイバの材質や種類、カメラの解像度等によって異なるため、経験則または実験により定める。
【００３９】
図２に戻る。
接続状態判定部１２０は、コア中心線１４と仮想中心線１６とのなす図形の面積を用いて接続個所の要求レベルに対する合否を判定する屈曲面積判定部１２２、コア中心線１４と仮想中心線１６とが乖離する部分の長さ及び乖離する距離を用いて接続個所の要求レベルに対する合否を判定する屈曲長判定部１２４、コア中心線１４と仮想中心線１６のなす角度に基づいて接続個所の要求レベルに対する合否を判定する角度判定部１２６、及び、コア中心線１４の不整合個所のずれ高を用いて接続個所の要求レベルに対する合否を判定するずれ高判定部１２８を備える。
【００４０】
図６は、コア中心線１４と仮想中心線１６とのなす図形の面積（「ずれ面積」ともいう）と、融着接続個所の接続損失の関係を示す相関グラフ７６の例である。
図７は、光ファイバ画像１５におけるコア中心線１４と仮想中心線１６の例を模式的に示す。ずれ面積は、図７の斜線部に示すように、コア中心線１４と仮想中心線１６とのなす図形の面積として定義される。
本発明者は、図６の相関曲線７８に示すように、ずれ面積の計測値と融着接続個所の接続損失とが相関関係にあることを見出した。本実施形態ではこの相関関係を利用して、要求される接続損失レベルに基づいて、ずれ面積による検査合否判定の際の閾値である屈曲判定面積閾値を定める。具体的には例えば、相関曲線７８において、要求される接続損失レベルのときのずれ面積を屈曲判定面積閾値と定める。
【００４１】
屈曲面積判定部１２２はずれ面積を算出し、算出したずれ面積が屈曲判定面積閾値を超える場合、その融着接続個所を検査不合格と決定する。
これにより、実際の通光による接続損失計測をせず、また検査員の経験およびスキルに頼らずに融着接続個所の接続状態の良否を容易かつ効率よく判定できる。
【００４２】
屈曲長判定部１２４は、コア中心線１４と仮想中心線１６とのなす図形のコア軸に沿った長さ（「屈曲長１７」ともいう）に基づいて融着接続個所の要求レベルに対する合否を判定する。屈曲長１７は例えば、コア中心線１４と仮想中心線１６との乖離が所定のずれ値よりも大きい範囲にある範囲のコア軸方向の長さとして定義される。図７には、所定のずれ値を０とした場合の屈曲長１７の例を示す。
屈曲長判定部１２４は、屈曲長１７が、要求される接続損失レベルに基づいて定められる屈曲判定長閾値を超える場合、その融着接続個所を検査不合格と決定する。
【００４３】
屈曲長判定部１２４はまた、コア中心線１４と仮想中心線１６とのなす図形のコア径方向の長さ（「屈曲高１８」ともいう）に基づいて融着接続個所の要求レベルに対する合否を判定する。屈曲高１８は例えば、コア中心線１４と仮想中心線１６のＸ座標の差の最大値や、コア中心線１４と仮想中心線１６の乖離する距離の最大値として定義される。図７に屈曲高１８の例を示す。
屈曲長判定部１２４は、屈曲高１８が、要求される接続損失レベルに基づいて定められる屈曲判定高閾値を超える場合、その融着接続個所の検査不合格を決定する。
【００４４】
屈曲判定面積閾値、屈曲判定長閾値、屈曲判定高閾値、またこれらを組み合わせた判定式等は、あらかじめ接続部判定条件記憶部１４０に格納しておく。屈曲面積判定部１２２、及び屈曲長判定部１２４は、必要なパラメータや式を接続部判定条件記憶部１４０から読み出して用いる。
各種閾値や判定式等は、光ファイバの材質や種類、カメラの解像度、接続個所の要求レベル等によって異なるため、例えば経験則または実験により定める。
【００４５】
図８は、ファイバ融着機構２２が光ファイバを融着接続した後、ファイバ撮像部３０が撮像し、画像取得部１０１が取得した光ファイバ像の別の例を示す模式図である。画面１に暗部４、高輝度領域３、コア像２が表示されている。なお、図８においては融着接続部がずれている光ファイバ像の例を示している。
【００４６】
図９は、図８の画面１の中心付近を拡大した光ファイバ像に、中心線算出部１０８が算出したコア中心線１４を重ねて示した図である。
図１０は、コア中心線１４と仮想中心線１６とのなす角度（「軸ずれ角度」ともいう）と、融着接続個所の接続損失の関係を示す相関図８６である。
本発明者は、相関曲線８８に示すように、画像処理により算出した軸ずれ角度の値と融着接続個所の接続損失とが相関関係にあることを見出した。本実施形態ではこの相関関係を利用して、要求される接続損失レベルに基づいて、軸ずれ角度による検査合否判定の際の閾値である軸ずれ判定角度閾値を定める。具体的には例えば、相関曲線８８において、要求される接続損失レベルのときの角度を軸ずれ判定角度閾値と定める。
【００４７】
角度判定部１２６は軸ずれ角度を算出し、算出した軸ずれ角度が、軸ずれ判定角度閾値を超える場合、その融着接続個所を検査不合格と決定する。
具体的には角度判定部１２６は、各中心点についてその前後の所定の範囲（「部分中心線算出範囲」とよぶ）に含まれる中心点群に対して最小二乗法を用いて直線近似することにより部分中心線を算出し、その部分中心線と仮想中心線１６のなす角度を算出する。そしてその角度が軸ずれ判定角度を超える場合、その融着接続個所の検査不合格を決定する。
【００４８】
図１１は、光ファイバ軸に沿った方向におけるコア中心線１４の軸ずれ角度分布８０の例を示す。図１１の横軸Ｚは、光ファイバ軸方向の位置を示し、縦軸はその位置で部分中心線が仮想中心線１６となす角度を示す。図１１の例では、軸ずれ判定角度閾値を絶対値４度と設定している。角度判定部１２６は、軸ずれ角度８２が角度上限値８４ａである４度を超えた場合、また角度下限値８４ｂである−４度を下回った場合に、その融着接続部を検査不合格と決定する。
【００４９】
ずれ高判定部１２８は、コア中心線１４が接続点の前後でずれている場合、図９に示すように接続点の一方の側での中心線と、接続点の他方の側での中心線との距離であるずれ高７０を算出し、それがずれ高閾値を超える場合に、その接続個所をずれ高検査不合格と決定する。
これにより、実際の通光による接続損失計測をせず、また検査員の経験およびスキルに頼らずに融着接続個所の接続状態の良否を容易かつ効率よく判定できる。
【００５０】
軸ずれ判定角度閾値、及びずれ高閾値、またこれらを組み合わせた判定式等は、あらかじめ接続部判定条件記憶部１４０に格納しておく。角度判定部１２６、及びずれ高判定部１２８は、必要なパラメータや式を接続部判定条件記憶部１４０から読み出して用いる。
閾値や判定式等は、光ファイバの材質や種類、カメラの解像度、接続個所の要求レベル等によって異なるため、経験則または実験により定めてもよい。
【００５１】
なお、屈曲面積判定部１２２、屈曲長判定部１２４、角度判定部１２６、及びずれ高判定部１２８は、ずれ面積、屈曲長、屈曲高、軸ずれ角度、ずれ高７０の任意の組み合わせを用いて融着接続個所の検査合否を判定してもよい。この場合、採用した判定条件のすべてが満たされる場合に合格と判定してもよく、また例えば、ある一つのまたは所定数以下の判定条件で不合格と判定されても、他の判定条件ですべて合格であれば、総合的に合格と判定するなど、複数の判定条件を組み合わせて用いてもよい。
これにより、さらに高精度な不良品スクリーニングが可能となる。
【００５２】
図１２は、端面画像解析装置１５０の構成を示すブロック図である。
光ファイバ端同士を付き合わせて融着接続する際、その接続対象である光ファイバ端面における傾斜や欠け等は、融着接続後の損失に影響する。
このため従来、融着接続前に光ファイバ側面から光をあてて透過光をカメラで捉え、モニタに映した画像において、検査員が光ファイバの切断面の形状を目視して切断面の状態を判定する切断面検査（「端面検査」ともいう）が行われてきた。
本実施形態にかかる端面画像解析装置１５０は、画像処理により自動で切断面を検査する。
【００５３】
端面画像解析装置１５０は、ＣＣＤカメラ３６が撮像した光ファイバ画像を取得する画像取得部１５１、取得した光ファイバ画像に対して例えばガウス平滑化フィルタ等を適用して平滑化処理を施す平滑化処理部１５２、平滑化処理後の光ファイバ画像に対して輝度の空間変化を強調するエッジ処理部１５４、エッジ処理後の光ファイバ画像から明部５の輪郭を抽出する輪郭抽出部１５６、光ファイバ端部画像において仮想矩形を生成する矩形生成部１６０、仮想矩形を用いて光ファイバの切断面の要求基準に対する合否を判定する端面判定部１７０、及びその判定の際の条件式や閾値などのパラメータを格納する端面判定条件記憶部１８０を備える。
【００５４】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、融着接続前の二つの光ファイバをそれらの端面を向かい合わせて配置した状態で光源３２で平行光を光ファイバの側面から投射し、反対側で顕微鏡３４を介して透過光をＣＣＤカメラ３６で撮影した光ファイバ像に仮想矩形２５を重ねて示した模式図である。画面１上に各光ファイバについて暗部４、明部５、仮想矩形２５が示されている。なお、図１３（ａ）及び（ｂ）においては、図３および図８で黒色で示した暗部４を灰色で示している。
【００５５】
矩形生成部１６０は図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように光ファイバ端部画像において仮想矩形を生成する。具体的には、矩形生成部１６０は、明部５の輪郭から光ファイバ軸方向の辺を抽出する長辺抽出部１６２、及び光ファイバの切断面側の端を抽出する先端検出部１６４、仮想矩形を生成する及び矩形決定部１６６を備える。
矩形決定部１６６は、検出された光ファイバの切断面側の端が仮想矩形のファイバ先端側の辺に重なるようにその辺を定め、その辺を起点として、抽出された光ファイバ軸方向の一組の辺を用いて、仮想矩形の所定長さの一組の長辺を定めることで、仮想矩形を決定する。
【００５６】
端面判定部１７０は、欠損面積判定部１７２、及び欠損長判定部１７４を備える。
欠損面積判定部１７２は、仮想矩形２５のうち、明部５ではなく暗部４で占められる欠損部７２の面積を算出し、その面積が欠損面積判定閾値を超えるときに、その光ファイバについて切断面検査不合格と決定する。
欠損長判定部１７４は仮想矩形２５のうち明部５ではなく暗部４で占められる欠損部７２の光ファイバ軸方向の長さ（「欠損長７４」ともいう）を算出し、欠損長７４が欠損長判定閾値を超えるとき、その光ファイバについて切断面検査不合格と決定する。
【００５７】
これにより、検査員の経験およびスキルに頼ることなく融着接続前の光ファイバ端面状態の良否を容易かつ効率よく判定できる。
また、欠損面積判定部１７２及び欠損長判定部１７４は、欠損部７２の面積と欠損長７４とを組み合わせて融着接続前の切断面検査合否を判定してもよい。
この場合、採用した判定条件のすべてが満たされる場合に合格と判定してもよく、また例えば、一つの判定条件で不合格と判定されても、他の判定条件で合格であれば、総合的に合格と判定するなど、判定条件を組み合わせて用いてもよい。
これにより、さらに高精度な不良品スクリーニングが可能となる。
【００５８】
仮想矩形の長辺の長さ、欠損長判定閾値、欠損面積判定閾値等の閾値、またこれらを組み合わせた判定式等は、あらかじめ端面判定条件記憶部１８０に格納しておく。欠損面積判定部１７２、及び欠損長判定部１７４は、必要なパラメータや式を端面判定条件記憶部１８０から読み出して用いる。適切な閾値や判定式は光ファイバの材質や種類、カメラの解像度、接続個所の要求レベル等によって異なるため、経験則または実験により定めてもよい。
【００５９】
なお、接続部画像解析装置１００と端面画像解析装置１５０は一体として構成されてもよい。この場合、接続部画像解析装置１００の画像取得部１０１と端面画像解析装置１５０の画像取得部１５１、接続部画像解析装置１００の平滑化処理部１０２と端面画像解析装置１５０の平滑化処理部１５２、接続部画像解析装置１００のエッジ処理部１０４と端面画像解析装置１５０のエッジ処理部１５４、接続部画像解析装置１００の輪郭抽出部１０６と端面画像解析装置１５０の輪郭抽出部１５６、接続部画像解析装置１００の接続部判定条件記憶部１４０と端面画像解析装置１５０の端面判定条件記憶部１８０は、それぞれそれぞれ一体として構成されてもよい。
【００６０】
以上の構成による動作は以下のとおりである。
図１４は、光ファイバ融着接続手順を示すフローチャートである。
まず、作業員はリムーバ、カッタ等を用いて融着接続する二本の光ファイバの接続部の被覆を除去し、光ファイバを切断する（Ｓ１０）。そして、作業員が二本の光ファイバをファイバ融着接続装置２０にセットすると、ファイバ撮像部３０が光ファイバを撮像し、端面画像解析装置１５０が光ファイバ切断面の検査を行う（Ｓ１２）。端面画像解析装置１５０が、切断面に要求される基準が満たされていないと判定した場合（Ｓ１４のＮ）、その光ファイバは検査不合格となる（Ｓ２４）。
【００６１】
一方、端面画像解析装置１５０が、切断面に要求される基準が満たされていると判定した場合（Ｓ１４のＹ）、ファイバ融着機構２２はそれらのファイバを融着接続する（Ｓ１６）。続いてファイバ撮像部３０が光ファイバの接続部を撮像し、接続部画像解析装置１００は融着接続された光ファイバの接続部を検査し（Ｓ１８）、接続部に要求される基準が満たされていないと判定した場合（Ｓ２０のＮ）、そのファイバは検査不合格となる（Ｓ２４）。一方接続部画像解析装置１００が、接続部に要求される基準が満たされていると判定した場合（Ｓ２０のＹ）、ファイバ融着機構２２は接続部を加熱補強し、補強部材を装着し、光ファイバ融着接続処理を終了する。
【００６２】
図１５は、図１４の切断面検査（Ｓ１２）の手順を示すフローチャートである。まず、ファイバ撮像部３０が検査対象の光ファイバ端部を撮像する（Ｓ３０）。端面画像解析装置１５０の画像取得部１５１は撮像されたファイバ画像を取得し、平滑化処理部１５２がファイバ画像に平滑化処理を施し（Ｓ３２）、平滑化処理後の画像についてエッジ処理部１５４がエッジ強調処理を行う（Ｓ３４）。長辺抽出部１６２は、光ファイバ画像の明部５の輪郭のうち光ファイバ軸に沿った平行線を抽出し（Ｓ３６）、先端検出部１６４は、光ファイバ画像の明部５の切断面側の先端部を検出する（Ｓ３８）。これらを用いて矩形決定部１６６は仮想矩形を生成する（Ｓ４０）。
【００６３】
欠損面積判定部１７２は、仮想矩形内において明部５ではなく暗部４が占める領域である欠損部７２の面積を算出する（Ｓ４２）。欠損長判定部１７４は、欠損部７２のファイバ軸方向長さである欠損長７４を算出する（Ｓ４４）。欠損面積判定部１７２及び欠損長判定部１７４は、算出した欠損部７２の面積および欠損長７４を要求される基準と比較して光ファイバ端面について検査合否を決定し（Ｓ４６）、切断面検査を終了する。
【００６４】
図１６は、図１４の接続部検査（Ｓ１８）の手順を示すフローチャートである。
まず、ファイバ撮像部３０が検査対象の光ファイバ端部を撮像する（Ｓ５０）。接続部画像解析装置１００の画像取得部１０１は撮像されたファイバ画像を取得し、まず平滑化処理部１０２がファイバ画像に平滑化処理を施し（Ｓ５２）、平滑化処理後の画像についてエッジ処理部１０４がエッジ強調処理を行う（Ｓ５４）。続いて輪郭閾値決定部１１０がコア像２の輪郭線を抽出するための輪郭抽出閾値を決定し（Ｓ５６）、輪郭抽出部１０６がエッジ処理後のファイバ画像を輪郭抽出閾値を用いて２値化し、コア像２の輪郭線を抽出する（Ｓ５８）。平滑化処理部１０２は抽出された輪郭線に平滑処理を施し（Ｓ６０）、中心線算出部１０８は、その輪郭線に基づいてコア像２の中心線、及びコア像が直線であると仮定した場合の仮想中心線を算出する（Ｓ６２）。
【００６５】
角度判定部１２６は、コア像２の各中心点における部分中心線と仮想中心線のなす角度を算出する（Ｓ６４）。また、ずれ高判定部１２８は、ずれ高を算出する。屈曲面積判定部１２２は中心線と仮想中心線のなす図形の面積を算出し、屈曲長判定部１２４は、中心線と仮想中心線のなす図形のファイバ軸方向、及びファイバ径方向の長さを算出する（Ｓ６６）。屈曲面積判定部１２２、屈曲長判定部１２４、角度判定部１２６、及びずれ高判定部１２８は、算出したパラメータを要求される基準と比較して、その光ファイバ接続部について検査合否を決定し（Ｓ６７）、接続部検査を終了する。
【００６６】
以上のように、従前は検査員がモニタを目視して行っていた融着接続前後の光ファイバ検査を画像処理により自動化することにより、検査時間を大幅に短縮できる。
一例では、熟練した検査員により平均６秒要した目視検査が、画像処理による自動検査により平均０．２秒で実施できるようになった。
また、検査合否の基準を明確に定めることが可能となり、不良品の見逃し率を低減できる。これにより、融着接続時の検査で見逃されて製品組み立て後に発見される不良品の障害解析や修理等に費やされていた時間を削減でき、目視検査時間の削減分と合わせて光通信機器製造の工数を削減し、製造効率を高めることができる。
【００６７】
以上、本発明を実施形態にもとづいて説明した。本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように本発明は画像処理技術に関し、特に、光ファイバの外観検査に利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
２  コア像、  ５  明部、  １０  光ファイバ融着接続システム、  １１  光ファイバ画像、  １４  コア中心線、  １６  仮想中心線、  ２２  ファイバ融着機構、  ２５  仮想矩形、  ３２  光源、  ３６  ＣＣＤカメラ、  ５０  ファイバ画像解析装置、  １０４  エッジ処理部、  １０６  輪郭抽出部、  １１０  輪郭閾値決定部、  １５４  エッジ処理部、  １５６  輪郭抽出部。
【図１】
2014106328.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014106328.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014106328.tif 000011
【図１０】
2014106328.tif 000012
【図１１】
2014106328.tif 000013
【図１２】
2014106328.tif 000014
【図１４】
2014106328.tif 000015
【図１５】
2014106328.tif 000016
【図１６】
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【図１３】
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