JPH01180403A - 微小孔径の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば光ファイバをコネクタに固定する際に使
用するフェルール等、微小孔を有する部品の微小孔径を
光学的手段により測定する方法に関する。

（従来の技術） 近年、精密部品の寸法精度に対する要求は益々厳しくな
ってきており、それに伴って精度の高い測定技術の確立
が望まれている。例えば、光ファイバをコネクタに固定
する際に使用されるフェルールにおいて、光ファイバを
挿通するための孔の孔径と光ファイバの直径との差が当
該光ファ゛イバの光軸ずれとなるため、このフェルール
の孔径は光ファイバの直径である１２５μｍに極めて近
い値、例えば、１２５±０．１ｔＩｍ程度であることが
要求されている。

従来、このような微小孔径の測定は顕微鏡を用いて被測
定部分を拡大像を得、人の判断で行っていたが、各人の
判断基準にバラツキがあるため精度の高い測定値が得ら
れないという不具合がある。

そこで、この拡大像をカメラにより得て、画像処理によ
り得られた画像を検査する方法が提案され、最近のがそ
を処理技術の発展に伴って優れた効果をあげている。し
かし、カメラによる画像の分解能は例えば孔径１１００
ａに対して高々１ｐｍ程度であり、上記したフェルール
の孔径のように、それ以上の測定精度が要求される場合
は画像処理数を増やして対応している。ところが、この
場合、画像処理時間が増大すると共に、測定系全体も大
規模となり、コストの上昇を招来するという問題がある
。

そのため、この画像処理に変わる方法として、光学的な
手法を用いた微小孔径の測定方法が提案されている。即
ち、これは微小孔に入射した光がその出口で回折する現
象を利用したもので、この回折光を解析することにより
測定対称物の形状を知ることが可能となる。この方法に
おいては、回折光を精度良く受光することが必要であり
、例えば多数の光電変換素子の配列から構成されたディ
テクタアレイ等の光検出器を使用して、回折パターンを
電気信号として取り出すようにしている。

（発明が解決しようとする課ａ） しかしながら、上記した光検出器を使用した方法におい
ては、当該検出器を構成する光電変換素子数に限界があ
るため、測定精度の向上には自ずから限界があり、例え
ば、上記したフェルールの孔径測定に要求される精度、
即ち、１１００ａの孔径を０．１μｍの精度で測定する
ことは困難であり、仮に光電変換素子数を増大させて必
要な精度を達成したとしても、そのコストが著しく上昇
するため実用には全く適さない。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたもので、微小
孔径を高精度且つ低コストで測定することが可能な微小
孔径の測定方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段および作用）上記目的を達
成するために本発明によれば、微小孔に単一波長光を入
射し、当該単一波長光が前記微小孔を通過することによ
って生じる回折光の回折リングのリング径から前記微小
孔径を測定する方法において、前記回折光を集光したの
ち反射光として取り出し、該反射光を微小間隙を通して
光検出器により受光し、前記回折光に生じた回折リング
と前記微小間隙との相対的位置を連続的に変化させるこ
とにより、興起回折リングの強度分布を求め、当該強度
分布曲線のピーク値の３０〜７０％の範囲にある所定強
度に対応するピーク幅をリング径として、当該リング径
と基準リング径との相対値から前記微小孔径を算出する
ことどしたものである。

また、集光された回折光の１部を取り出して位置検出素
子上に収束させ、検出されたスポット位置を前記回折リ
ング中心として、前記光検出器の位置決めを行うことと
してもよい。

第１図は本発明の微小孔径の測定方法を実施するために
使用される測定系の構成の一例を示したもので、単一波
長光源例えばレーザ１から出射された光は被測定物２の
微小孔２ａに入射され、当該微小孔２ａからの出射光は
リング状の回折光となって進行する。この回折光をレン
ズ３により回転ミラー４のミラー面に収束させ、当該ミ
ラー面での反射光をスリット５ａを有する光検出器５に
導入する。ｙ！、検出器５により検出された光強度及び
回転ミラー４の回転角度は夫々電気信号としてリング径
測定回路６に入力される。又、リング径測定回路６は計
算機７に電気的に接続されている。

一方、レンズ３と回転ミラー４との間にはビームスプリ
ッタ８が配設され、回折光の一部が位置検出素子９に入
射されるようになっている０位置検出素子９には位置検
出制御回路１０が接続されており、この位置検出制御回
路１０は光検出器５に取り付けられた光検出器位置決め
ステージの作動を制御する。

かかる測定系において、レーザｌから被測定物２の微小
孔２ａに単一波長光門人射させると、当該微小孔２ａの
出口でリング状の回折光が生じる。

この回折光をレンズ３により収束させたのち回転ミラー
４により反射させて光検出器５へ導入する。

この時、光検出器５にて検出される光の強度は回折光の
一部の強度であり、回転ミラー４を回動させることによ
り、当該回折光の広がり角に対する光強度分布を測定す
ることができる。

位置検出素子９は回折光の回折リング中心の位置を検出
するためのものである。即ち、微小孔の位置に誤差が生
じた場合、光検出器５は回折リング中心からずれた断面
の光強度分布を検出することとなる。その結果、リング
径は実際よりも小さく検出されてしまい、微小孔２ａの
径は実際よりも大きい値となってしまう、従って、位置
検出素子９により回折リングのリング径中心を正確に検
出する必要がある。具体的には、ビームスプリッタ８に
より回折光の一部を位置検出素子９上に入射させるが、
この時の収束ビーム径を２００μｍ程度とすれば、１μ
ｍ以下の精度で位置検出を行うことが可能となる。この
位置信号に基づいて位置決めステージ１１を駆動し光検
出器５の位置を決定すれば、常に正確な回折リング中心
断面における光強度分布を測定することができる。尚、
位置検出制御回路１０により、直接被測定物２の位置を
調整することとしてもよい。

第２図はかかる測定系により観察された回折リングとそ
の中心断面の光強度分布であり、第２図（ａ）は回折リ
ング、同図（ロ）はその中心断面の光強度分布を回転ミ
ラーの回転角に対して示したグラフである。このような
回折リングの光強度分布曲線において、中心のリングに
対応する光強度のピーク値を１００％としたときの３０
〜７０％の範囲の所定強度に対応するピーク幅をリング
径とする。

これは、上記範囲の光強度の変化が急激な領域であり、
僅かなリング径の変化をも検出することができるためで
ある。

上記により検出されたリング径から微小孔径を算出する
方法は種々考えられるが、例えば、孔径の異なる数種類
の基準サンプルを用意し、各孔径に対応するリング径を
予め求めておき、得られた検量線から測定された微小孔
径を決定することが最も簡便な方法である。

尚、回折リングのリング径が比較的大きく、当該リング
中心のずれが許容できる場合は、位置検出素子と位置検
出制御回路より構成された位置検出系は省略しても差し
支えない、又、スリット５ａに代えてピンホールを形成
しても充分な測定精度を確保することができる。

更に、スリット５ａと回折リングとの相対位置を連続的
に変化させる手段としては、上記した回転ミラーを回動
させる他に、スリットを直線走査することによっても実
施可能である。

（実施例） 被測定物としてフェルール（三相電気工業製、ＦＣフェ
ルール、内径１２６〜１２９　μｍ）を用意し、第１図
に示したものと同様な測定系を使用して孔径を測定した
。光源としては、出力５ｍＷのＨｅ　−Ｎｅレーザ（１
’ｌｌ！ＬＬＩＳ　ＧＬＩＯＴ社製）を、光検出器５と
しては幅２５μｍのスリットを有するビームプロファイ
ラ１１８０−ＣＰ　（ＰＩＧ丁ＯＮ＋Ｉｎｃ、製）を使
用し、外部温度２０±２°Ｃにおいて、回折リングの光
強度のピーク値の５０％の強度に対応するピーク幅即ち
半値幅（ＨＷ）をリング径とした。

先ず、フェルールを■溝ブロック上に固定し、信号の安
定性を観察したところ、ＨＷζ１０００μｍに対して変
動は±１．ＯｔＩｍ以内であることが確認され、これは
約０．ＩＩＩｍの孔径変化に相当する。

次いで、フェルールの孔径を変えて、孔径の変化に対す
るリング径の変化の度合を調べ、その結果を第３図に示
した。第３図から、１＃ｍの孔径変化に対して、約１１
μｍのリング径変化が観察される。これは、上記した信
号変動の約１０倍であり、これらの測定値を基準値とし
て、孔径変化を±０．１ａｍの精度で、しかも良好な直
線性をもって測定しうる可能性を示している。更に、孔
径１２６μｍのフェルールにより、リング径の再現性試
験を行ったところ、ｎ＝２０で、平均値＝１００６．２
μｍ、リング径に対する標準偏差σ＝０．５であり、所
要の精度が得られることが確認された。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、微小孔に単一波長
光を入射し、当該単一波長光が前記微小孔を通過するこ
とによって生じる回折光の回折リングのリング径から前
記微小孔径を測定する方法において、前記回折光を集光
したのち反射光として取り出し、該反射光を微小間隙を
通して光検出器により受光し、前記回折光に生じた回折
リングと前記微小間隙との相対的位置を連続的に変化さ
せることにより、前記回折リングの強度分布を求め、当
該強度分布曲線のピーク値の３０〜７０％の範囲にある
所定強度に対応するピーク幅をリング径として、当該リ
ング径と基準リング径との相対値から前記微小孔径を算
出することとしたので、簡便な操作により、短時間、且
つ、高精度で微小孔径を測定することができ、例えば、
光フアイバ固定用のフェルールの孔径測定に有用である
。

又、集光された回折光の１部を取り出して位置検出素子
上に収束させ、検出されたスポット位置を前記回折リン
グ中心として、前記光検出器の位置決めを行うことによ
って、特に回折リング径が比較的小さい場合に回折リン
グ中心のずれを防止し、測定精度を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の微小孔径の測定方法を実施する際に使
用する測定系の構成の一例を示す概念的構成図、第２図
は回折リングの強度分布を示すグラフ、第３図は微小孔
径の変化に対する回折リング径の変化を示すグラフであ
る。 ｌ・・・レーザ光源、２ａ・・・微小孔、４・・・回転
ミラー、５・・・光検出器、５ａ・・・スリット、６・
・・リング径測定回路、ｌＯ・・・位置検出制御回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）微小孔に単一波長光を入射し、当該単一波長光が
   前記微小孔を通過することによって生じる回折光の回折
   リングのリング径から前記微小孔径を測定する方法にお
   いて、前記回折光を集光したのち反射光として取り出し
   、該反射光を微小間隙を通して光検出器により受光し、
   前記回折光に生じた回折リングと前記微小間隙との相対
   的位置を連続的に変化させることにより、前記回折リン
   グの強度分布を求め、当該強度分布曲線のピーク値の３
   ０〜７０％の範囲にある所定強度に対応するピーク幅を
   リング径として、当該リング径と基準リング径との相対
   値から前記微小孔径を算出することを特徴とする微小孔
   径の測定方法。
2. （２）前記集光された回折光の１部を取り出して位置検
   出素子上に収束させ、検出されたスポット位置を前記回
   折リング中心として、前記光検出器の位置決めを行うこ
   とを特徴とする請求項１記載の微小孔径の測定方法。