(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の物体面の調整位置を探索する方法であって、２つの光ファイバ端を相互に軸合わせする際に、該調整位置は、前記光学系の光軸に沿って画像を取得するのに適した位置であり、
前記方法は、
前記物体面を初期位置に配置する配置工程と、
前記光学系を使用して、前記２つの光ファイバ端のうち１つの光ファイバ端の像を含んだ画像を取得する取得工程と、
取得された前記画像に含まれる前記１つの光ファイバ端の像を評価する評価工程と、
前記１つの光ファイバ端の像の評価結果に基づいて、前記光軸に沿って、前記初期位置から前記物体面を移動させながら、前記光学系によって取得された前記調整位置についての画像と前記１つの光ファイバ端の像とにおいて、前記物体面の調整位置である前記１つの光ファイバ端の調整位置を探索する探索工程と
を含み、
前記光学系によって取得された前記調整位置についての画像において、前記１つの光ファイバ端の像における該１つの光ファイバ端のコアの像領域についての局所的なコントラスト値が最大値となるかまたは最大値からせいぜい所定値だけ偏差した値となる位置を、前記物体面の調整位置として決定し、
前記局所的なコントラスト値は、前記１つの光ファイバ端のコアの像領域の輝度（とりわけ該コアの像領域における輝度）と、前記１つの光ファイバ端の像における該１つの光ファイバ端のコアの像に隣接した、長手方向における相対的に明るい分離した複数の像領域の輝度（とりわけ該複数の像領域における輝度値）との差であって、中央ピークの輝度の最大値と、当該中央ピークと前記分離した複数の像領域において当該中央ピークに隣接した２つの隣接ピークとの間にそれぞれ生じる２つの輝度の最小値の平均値との差として決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記探索工程は、
前記物体面を所定の長さのステップずつ移動する工程と、
前記物体面を１つのステップ移動するごとに前記１つの光ファイバ端の像を含む画像を取得する工程と、
前記局所的なコントラスト値が最大値となるか該最大値からせいぜい所定値だけ離れた値となった場合にそのときの前記物体面の位置を前記調整位置として決定し、一方、前記局所的なコントラスト値が最大値でなく該最大値からせいぜい所定値だけ離れた値でもない場合は、前記局所的なコントラスト値が最大値となるか該最大値からせいぜい所定値だけ離れた値となるまで、前記物体面を前記所定の長さのステップずつ移動させる処理を繰り返し実行する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記評価工程は、
前記画像に含まれる前記像から、前記１つの光ファイバ端に対応した前記画像に含まれる前記１つの光ファイバ端の像における長手方向に対して垂直となる直線に沿った短手方向の強度分布を決定する工程と、
前記短手方向の強度分布から、前記局所的なコントラスト値を決定する工程と
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記物体面の初期位置は、前記光学系と対向した前記１つの光ファイバ端の側面から相対的に大きな距離だけ離れた位置または前記側面から遠く離れた位置であり、前記物体面が前記１つの光ファイバ端に向かって所定のステップずつ移動し、各ステップごとに、画像が取得されて評価されて前記画像における前記１つの光ファイバ端の像において比較的に明るい中央の複合ピークをなしている長手領域についてのトータルでのコントラスト値が算出され、該トータルでのコントラスト値は、該長手領域における輝度の最大値または輝度の平均値であり、算出された前記トータルでのコントラスト値が所定の閾値となったときかまたは前記トータルでのコントラスト値が所定の閾値となってからさらに数ステップの範囲内もしくはその範囲の中央に移動したときに、前記物体面の移動を停止し、そのときの最初の位置を前記調整位置として採用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トータルでのコントラスト値は、前記長手領域における輝度の最大値または平均値と、前記１つのファイバ端の像の周囲の領域の輝度値との差である相対的なコントラスト値として決定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記物体面の初期位置は、前記光学系と対向した前記１つの光ファイバ端の側面から相対的に大きな距離だけ離れた位置または前記１つの光ファイバ端の側面から遠く離れた位置であり、
前記探索工程は、
前記物体面を記１つの光ファイバ端に向かって所定のステップだけ移動させる工程と、
前記所定のステップのうち１つのステップだけ移動するごとに前記１つの光ファイバ端の像を含む画像を取得する工程と、
前記画像における前記１つの光ファイバ端の像から、前記１つの光ファイバ端に対応した前記画像に含まれる前記１つの光ファイバ端の像における長手方向に対して垂直となる直線に沿った短手方向の強度分布を決定する工程と、
前記短手方向の強度分布から、トータルでのコントラスト値を決定し、とりわけ、前記短手方向の強度分布における中央のピークの高さとして、前記トータルでのコントラスト値を決定する工程と
前記トータルでのコントラスト値が所定の閾値となったときかまたは前記トータルでのコントラスト値が所定の閾値となってからさらに数ステップの範囲内もしくはその範囲の中央に移動したときに、前記物体面の移動を停止し、そのときの最初の位置を前記調整位置として採用する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記トータルでのコントラスト値は、前記中央の複合ピークの領域の高さの最大値または平均値と、前記１つの像の周囲の領域の高さとの差である相対的なコントラスト値として決定されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記最初の位置が採用された後で、前記調整位置を探索するために、前記最初の位置の周囲でより小さな所定ステップだけ移動することを特徴とする請求項４または６に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の閾値は、前記画像を取得するために前記光学系に含まれている撮像センサの飽和レベルよりもとりわけ顕著に低いレベルに相当することを特徴とする請求項４または６に記載の方法。
【請求項１０】
２つの光ファイバ端を相互に融着接続する装置であって、
前記２つの光ファイバ端の各長手方向が実質的に平行となるように、該２つの光ファイバ端のそれぞれを固定する複数の固定冶具と、
前記２つの光ファイバ端を移動させるために前記固定冶具を移動させる、前記固定冶具に接続されたモータと、
前記２つの光ファイバ端の端面を構成する部材を溶融させて該２つの光ファイバ端を融着接続するために、該端面の領域を加熱する電気アークを複数のポイント間に発生させる複数の電極と、
光学系を含み、観察方向において前記２つの光ファイバ端の画像を取得する撮像システムと、
電子回路ユニットと
を含み、
前記電子回路ユニットは、
前記モータを駆動するために該モータに接続され、電圧を印加するために前記複数の電極に接続され、前記撮像システムを調整して画像の取得を命令するために該撮像システムに接続された制御ユニットと、
取得された前記画像を表す情報を受信するために前記撮像システムに接続された画像ユニットと、
前記光学系の設定を決定する設定決定ユニットであって、１つの前記固定冶具によって支持されている光ファイバ端について前記光学系の物体面の調整位置を探索するために請求項１に記載された方法を実行する設定決定ユニットと、
前記２つの光ファイバ端の各コア間の短手方向の位置ずれを探索するために調整位置に配置された前記物体面で取得された前記画像を評価するユニットと、
前記短手方向の位置ずれが、所望の位置ずれ、とりわけ、ゼロとなるように、前記画像を取得したときの光軸に対して垂直となる平面内で前記２つの光ファイバ端を相互に移動させるユニットと、
前記２つの光ファイバ端を相互に融着接続するために前記複数の電極に電圧を印加するユニットと
を含み、
前記設定決定ユニットは、
初期位置に物体面が位置するように前記光学系を設定するユニットと、
前記２つの光ファイバ端のうち１つの光ファイバ端の像を含む画像を取得するように前記撮像システムに命令するユニットと、
取得された前記画像に含まれる前記像について評価する評価ユニットと、
前記２つの光ファイバ端のうち１つの光ファイバ端についての調整位置を探索するために、前記像について評価するユニットにおける評価結果に基づいて、前記初期位置から前記光軸に沿って前記物体面を移動させる移動ユニットと
を含み、
前記移動ユニットは、
前記光学系によって取得された前記調整位置についての画像において、前記１つの光ファイバ端の像における該１つの光ファイバ端のコアの像領域についての局所的なコントラスト値が最大値となるかまたは最大値からせいぜい所定値だけ偏差した値となる位置を前記物体面の調整位置として探索するユニットであり、
前記局所的なコントラスト値は、前記１つの光ファイバ端のコアの像領域の輝度（とりわけ該コアの像領域における輝度）と、記１つの光ファイバ端の像における該１つの光ファイバ端のコアの像に隣接した、長手方向における相対的に明るい分離した複数の像領域の輝度（とりわけ該複数の像領域における輝度値）との差であって、中央ピークの輝度の最大値と、当該中央ピークと前記分離した複数の像領域において当該中央ピークに隣接した２つの隣接ピークとの間にそれぞれ生じる２つの輝度の最小値の平均値との差として決定される
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記評価ユニットは、
取得された前記画像に含まれている前記像から、前記１つの光ファイバ端に対応した前記画像に含まれる前記１つの光ファイバ端の像における長手方向に対して垂直となる直線に沿って短手方向の強度分布を決定するか、または、決定するよう命令するユニットと、
前記短手方向の強度分布から、前記局所的なコントラスト値を決定するか、または、決定するよう命令するユニットと
を含み、
前記移動ユニットは、
前記１つの光ファイバ端についての前記調整位置において前記コントラスト値が最大値となるか該最大値からせいぜい所定値だけ離れた値となるような該調整位置を探索するために、前記光軸に沿って前記初期位置から前記物体面を移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記電子回路ユニットは、
前記２つの光ファイバ端を相互に予備的に軸合わせするために前記モータに命令する予備軸合わせユニットを含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記予備軸合わせユニットは、
前記２つの光ファイバ端のうち少なくとも１つの光ファイバ端について前記光学系の物体面の予備的な調整位置を探索するユニットと、
前記光学系を使用し、前記予備的な調整位置に配置された物体面で、前記２つの光ファイバ端の画像を取得するよう命令するユニットと、
前記２つの光ファイバ端間の短手方向の位置ずれであって、前記光軸に沿って観測され、前記２つの光ファイバ端の長手方向の軸間または前記２つの光ファイバ端のクラッドの中心線間における短手方向の位置ずれを探索するために、取得された前記画像を評価する評価ユニットと、
前記短手方向の位置ずれが所望の値に等しくなったときの予備的な調整位置へ、前記光軸に対して垂直となる平面内で前記２つの光ファイバ端を相互に移動させる移動ユニットと
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記電子回路ユニットは、
融着対象となっている前記２つの光ファイバ端の直径を表す値を受信または測定するユニットと、
融着対象となっている前記２つの光ファイバ端の各直径を比較する比較ユニットと、
決定ユニットと
を含み、
前記決定ユニットは、
前記２つの光ファイバ端の各直径が等しいか該各直径間の差が相対的に小さな差である場合に、
前記設定決定ユニットが、前記２つの光ファイバ端のうち１つの光ファイバ端、とりわけ相対的に小さな直径を有した光ファイバ端についてだけ物体面の調整位置を探索するよう該設定決定ユニットを制御し、
前記２つの光ファイバ端のうち１つの光ファイバ端についての物体面の調整位置に前記光学系の物体面を配置させて、前記２つの光ファイバ端の画像を取得するよう前記撮像システムを制御し、
取得された単一の前記画像についてだけ評価するよう、前記画像を評価するユニットを制御し、
一方、前記２つの光ファイバ端の各直径間の差が相対的に大きな差である場合に、
前記設定決定ユニットが、前記２つの光ファイバ端のうち双方について物体面の調整位置を探索するよう該設定決定ユニットを制御し、
前記２つの光ファイバ端についての物体面の各調整位置に前記光学系の物体面を配置させて、前記２つの光ファイバ端の双方について画像を取得するよう前記撮像システムを制御し、
取得された双方の前記画像について評価するよう、前記画像を評価するユニットを制御する
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記電子回路ユニットは、
第１過程において、前記２つの光ファイバ端を前記平面内で該２つの光ファイバ端に共通の長手方向に対して垂直な第１の方向に向かう離れた位置へと移動させ、第２過程において、前記モータの遊びを吸収するためにスタート位置へと向かう反対方向に移動させるように、前記モータを制御するユニットと、
前記平面内での前記第１の方向および前記第２の方向について前記２つの光ファイバ端のそれぞれのコアの位置を決定するユニットと、
決定された前記それぞれのコアの位置の差を算出するユニットと、
算出された前記差が、所望の位置ずれに対してせいぜい所定の最大偏差だけずれているか否かを比較する比較器と、
算出された前記差が、所望の位置ずれに対してせいぜい所定の最大偏差だけずれている場合には、低減ユニットと制御ユニットとを駆動するユニットと
を含み、
前記低減ユニットは、移動距離を確保するために、前記算出された差を低減するユニットであり、
前記制御ユニットは、固定冶具を移動させるよう前記モータを制御して、前記２つの光ファイバ端を前記平面内で前記移動距離の値に対応した距離だけ前記２つの光ファイバ端を移動させるユニットであり、
前記電圧を印加するユニットは、算出された前記差が所望の位置ずれに対してせいぜい所定の最大偏差だけずれていると前記比較器が判定した場合に、前記２つの光ファイバ端を融着するために前記複数の電極に電圧を印加するユニットであり、
前記離れた位置と前記スタート位置は、前記２つの光ファイバ端を該スタート位置から所望の横方向の位置ずれを達成できる第２の方向へと移動させることができるように選択されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００５年１２月３０日に出願されたスウェーデン特許出願第０５０２９５０−９号の優先権と利益を主張するものであり、その開示の全ては参照することによってここに取り込まれているものとする。
【０００２】
本発明は光ファイバのアライメント（軸合わせ）に関係し、具体的には、軸合わせ操作において用いられる画像（写真）を捕捉するための光学系の設定を見出す方法と、光ファイバを融着接続するための方法および装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、ファイバ・レーザは、軍事、宇宙、医療、および産業上の材料処理応用分野に対して固体およびＣＯ２レーザに取って代わるものと真剣に考えられるようになってきた。ファイバ・レーザは、主にビームの性質が良好であり、レーザの設計に柔軟性があることに加えて大出力であるために大変魅力的である。大モード面積ダブル・クラッド・ファイバ（ＬＭＡ−ＤＣＦ）は、ファイバ・レーザの重要部品の１つである。ポンプ・エネルギーをそのようなＬＭＡ−ＤＣＦに効率よく結合するために、また高出力を可能とするために、ＬＭＡ−ＤＣＦのクラッドは、大きな開口数をもち、例えば円形、８角形、四角形などの色々な形をした断面を持つように設計されている。ＬＭＡ−ＤＣＦのクラッドの直径は出力のレベルに依存して通常は３００−１０００μｍの範囲である。ＬＭＡ−ＤＣＦのコアは、通常は例えば高濃度の、イッテルビウムのような希土類元素がドープされていて、非線形効果を低減するために低開口数を持ち、そのサイズは５０μｍにもなる。
【非特許文献１】Ｔ．カテクリら、アイ・イー・イー・イー、ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー（ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．）、２巻、ページ２７７−２８３、１９８４年
【非特許文献２】ＦＳＵ９７５  ＰＭ−Ａ，利用者用説明書９４ＳＴ００５Ｒ１Ｄ，  １９９８年，  ページ３９
【特許文献１】日本国特開平１１−１９４２２７号公開公報（フジクラ）
【特許文献２】米国特許第５，５７０，４４６号明細書（エリクソン）
【特許文献３】ＷＯ０１／８６３３１号国際公開公報、発明の名称「アークによる再センター化（Ａｒｃ  Ｒｅｃｅｎｔｅｒｉｎｇ）」
【特許文献４】米国特許第５，５７２，３１３号明細書
【特許文献５】日本国特開平１１−１４８５３号公開公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＭＡ−ＤＣＦの実用化を思いとどまらせる大きな問題の１つは、旧来の接続技術を用いてこのようなファイバの高品質接続を達成するのは困難であるという事実である。ファイバ・レーザの設計における一般的な要求事項によって、例えば、円形のＬＭＡ−ＤＣＦを８角形のＬＭＡ−ＤＣＦに接続するような、希土類ドーパントを含んだＬＭＡ−ＤＣＦを、希土類ドーパントを含んでいないＬＭＡ−ＤＣＦに接続するような、および、ＬＭＡ−ＤＣＦを従来の単一モード光ファイバ(ＳＭＦ)に接続するような（この場合は２つのファイバのクラッドの直径が非常に異なり、例えば３倍またはそれ以上も異なっている。）、異なる形状のＬＭＡ−ＤＣＦ間の接続のような、異なる種類のファイバを互いに接続しなければならない。ＬＭＡ−ＤＣＦを接続する工程における主要な困難性は、従来の融着接続器において用いられている旧来のコア軸合わせ工程を用いることができないということである。大きな問題として２つが見られる。第１に、ＬＭＡ−ＤＣＦのサイズが大きすぎて従来の接続器において用いられている撮像システムによって操作することができないゆえに、旧来の軸合わせ工程によって必要とされるクラッド端部に関する情報を入手することができない。第２に、クラッドの直径と構造とが大きく異なる２つの光ファイバのコアの画像を同時に観察することは困難である。このように、実際には、出力伝達率の測定の助けを借りた手動の軸合わせ工程がＬＭＡ−ＤＣＦを接続するためにしばしば用いられていて、その結果、しばしば接続の品質は低すぎて、製造工程の効率の低下と歩留まりの低下につながっている。
【０００５】
今日用いられている従来のコア軸合わせ工程の発展は、２０年前の開拓者的な仕事にさかのぼることができる。非特許文献１を参照のこと。これらのコア軸合わせ工程は、接続すべきファイバの光強度分布から抽出されるコアの画像の解析に基づくものである。そのような工程で、考慮の対象となっているファイバのコアの画像は、その側面から外部光源を用いてファイバに光を照射することによって得られる。ファイバのコアの画像は高分解能撮像システムの物体面を、撮像システムから見て、光線がファイバを離れていくところのファイバ端部の近くに置くことによって分解できることは実験的にも理論的にも示されている。コアの画像から抽出される情報を用いて、色々な自動コア軸合わせ工程が開発されてきた。
【０００６】
画像解析に基づくコア軸合わせ工程の１つは、色々な日本特許に開示されている。例えば特許文献１を参照のこと。これらの工程を用いると、接続すべきファイバに対して撮影された写真では、通常のようにファイバは写真の中で水平におかれているものとして、例えばクラッドの上端部の位置とコアの画像のほぼ中心の位置との間の垂直距離が、それぞれのファイバに対して測定される。そこで、２つのファイバについて測定された２つの距離の差が２つのファイバのクラッドの上端部の位置の間の垂直方向の差に等しくなるように、２つのファイバを相対的に移動させることによって軸合わせを行う。この方法はコアの画像とクラッドの端部の画像との両方から抽出した情報に依存しているので、正確なコアの軸合わせを行うことは困難である。屈折率に関する大きな差のために、クラッドだけを通ってきた光はクラッドとコアの両方を通ってきた光に比べて挙動が異なる。このように、高品質のコアの画像を得るための物体面の最適位置はクラッド端部の高品質の画像を得るための最適位置とは等しくなくなる。この事実が意味することは、ファイバのコアとクラッド端部の位置を高い精度で同時に測定することはできないということであり、その結果、そのような写真に基づく場合は軸合わせの精度の劣化をきたすということである。軸合わせ工程において、クラッド端部の位置についての情報を必要とすることは、また、大きなセンサを含む特別な撮像システムを必要とすることになるが、これは非常に高価であり、それ故に、接続器の製造において経費節約となるものではない。
【０００７】
コアの軸合わせに関するいわゆるウォームファイバ画像解析を用いた別の方法が、例えば、特許文献２に開示されている。この方法では、ファイバを外部光で照明する代わりに、実際に終端を相互に接触させる前に、比較的低い融解温度を与える電気的なグロー放電を用いて接続すべきファイバの終端を加熱する。ファイバのコア内のドーパント濃度は、通常は、クラッド内部よりもはるかに高いので、コアからの熱的発光がクラッドからのそれよりもはるかに強く、この結果、熱い、或はウォームなファイバのコアの画像が存在する写真が得られる。このようなウォームファイバの写真から得られる光強度分布を注意深く解析することによって、ファイバのコアの位置に関する情報が抽出されて、コア軸合わせ工程に用いられる。この方法はクラッドの端部の位置に関する情報を必要としないので、高い精度でコア軸合わせ工程を行うことができる。しかしながら、この方法で用いられる予備加熱工程では、ＬＭＡ−ＤＣＦの写真の中にコアの画像を観測することは非常に困難であることがわかっている。これは、ＬＭＡ−ＤＣＦファイバのコアを加熱するために必要なエネルギーが、通信に用いられる従来の光ファイバに必要な値よりもはるかに高く、その結果、通常は、熱的発光が通常の融着接続器の撮像システムの飽和をもたらすためである。他の問題点は、予備加熱の段階でコアのドーパントの拡散が起こることである。この拡散は光のモード電界直径(ＭＦＤ)の大きな拡張を引き起こし、その結果、接続の点で２つのファイバのＭＦＤの不整合を起こすことになり、それが今度は接続における大きな光損失となる。
【０００８】
それ故に、この技術分野では、既存の技術の欠点を回避できて、すべての種類のファイバ、特にＬＭＡ−ＤＣＦに対して高精度のコア軸合わせ工程を行うことのできる方法を開発することが必要ある。
【０００９】
電気アークの中心位置に依存して捕捉面を移動させることを特徴とする、写真を捕捉する面を再センター化する方法が特許文献３に開示されている。
【００１０】
本発明の目的は、光ファイバ終端部（端）を相互に軸合わせする操作に用いられる、写真を撮像するための撮像システムの設定を見つける（探索する）方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、光ファイバ終端部を相互に軸合わせする方法を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、光ファイバ終端部を相互に接続する方法と装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
光ファイバ融着接続器において、例えば大モード面積ダブル・クラッド・ファイバ(ＬＭＡ−ＤＣＦ)の終端のような光ファイバ終端部の軸合わせを行う方法においては、ファイバ終端部のコアの画像を観察するための、光ファイバ融着接続器における光学系の最良の物体面位置は、第１に、コアの画像のコントラスト、特に強度分布におけるコア画像ピークを最大にすることによって決定される。観測されたコア間の位置ずれ（オフセット）距離を、例えば、縦続（カスケード）技術を用いるなど、適当な方法で調整することによって軸合わせ工程が行われる。他の方法では、例えば予備軸合わせ工程として用いるものであるが、光ファイバの自己集束効果を用いて、第１に、自己集束効果を観測するための最良の焦点位置を決定し、次に本番の予備軸合わせ操作を行ってもよい。これは、例えば捕捉された写真の中でクラッドの端部またはクラッドの側面の位置を示す直接的情報を必要とすることなしに、軸合わせ、特にコアの軸合わせを行うことができるように画像解析の範囲を拡大するものである。
【００１４】
本発明の付加的な目的と利点は、以下の記述において述べられるが、また１部は記述から明らかになり、または本発明の実施によって学ぶことができるであろう。本発明の目的と利点は付属の請求項にて特に指摘される、方法、工程、手段および組み合わせによって実現され、獲得されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
２つの光ファイバ終端部を相互に接続するための方法は、例えば自動ファイバ 接続器のようなファイバ接続器において行われるようにここでは記述している。接続するための方法は、接続すべきファイバ終端部のコアを軸合わせする方法を含んでいて、軸合わせ方法は、今度は軸合わせ操作に用いる写真（画像）を取得するための光学系の適当な設定を見出すための方法を含んでいて、適当な設定とは軸合わせ位置（調整位置）と呼ばれる位置を含むものである。軸合わせ位置では、光学系の物体面は、撮像装置の位置を考慮して、写真（画像）を取得するためのどこか有利な場所に設置される。接続するための方法は、予備軸合わせを行う目的と、ファイバ終端部を相互に軸合わせして配置するための複数回にわたる移動の操作を行うといった特定の方法を含んでもよい。
【００１６】
図１の概略図を参照して、光ファイバを相互に接続するための従来の自動融着接続器は、基本的には少なくとも１つ画像取得システムを有する。これは、典型例では、発光ダイオード３（ＬＥＤ）およびコリメータ５のような、光学系７を含む撮像システム６へコリメートされた光ビームを発するコリメートされた光源１を含む。撮像システム６は、例えば、複数のレンズ・パッケージと、例えば電荷結合デバイス(ＣＣＤ)型のような画像取得装置９、および撮像ユニットとも呼ばれる電子的画像処理・解析ユニット１１とを含む。コリメートされた光源、撮像システム、およびそれらの部品は共通の光軸１２を持つように配置される。画像化されるべき対象についての詳細な構造情報を抽出するために、撮像システム６は、光学系の物体面１５が画像化されるべき対象に対して移動可能となるように設計されている。融着接続器では対象は光ファイバ１３であり、実際に、大抵の場合、相互に接続すべき２本の光ファイバの２つの隣接した終端を含んでいる。光ファイバは、クラッド１４と、および大抵の場合はコア１４'も有している。光学系は、物体面に位置した対象だけを、ここでは画像取得装置９の前表面にある画像面に位置している物体を、鮮明な画像として画像取得装置によって取得して画像化する。実際のところ、物体面の移動は、通常、良好に定義された基準位置を持つものと仮定できるファイバ１３に対して光学系７を前後に移動することによって行う。このように、画像取得システムでは、光源１の位置と画像取得装置９の位置は固定され、光学系７が移動可能となっている。また、対象１３は動かすことができるが、軸合わせのためのこの動きは、現在の観測方向とも呼ぶべき光軸１２に対して垂直な面内でのみ起こる。物体面１５は、また、光ファイバのような対象物を観測するときには観測面と考えることもできる。このように、物体面と観測面という用語は同じものを指していて、ここでは交互に用いられる。
【００１７】
光学系７の物体面１５を、例えば、観測すべき対象、以下ではファイバ１３、より正確にはファイバ終端部であると仮定しているが、その対象の前面端部またはその近くの部分に位置づけすることにより、ファイバ１３の画像を含む写真を得ることができる。図２は単一モードファイバ(ＳＭＦ)の典型的な写真であり、これは同じ種類の単一モードファイバ(ＳＭＦ)の終端が接続線（継ぎ合わせ線）１８にて分離している画像を含んでいるとも考えることができるが、物体面のそのような位置で取得された写真である。ファイバおよび各ファイバ終端部に対して観測された、或は取得された写真は、明確に水平方向に伸びた、それぞれにおいて異なる光強度および輝度を持っている、長手（縦方向）領域、長手エリア、長手画像エリアなどとも呼ばれる長手視野を含んでいる。ここでは長手エリア、長手画像エリアという用語は同じ種類の情報を示すために交互に用いられる。取得された写真における輝度は、通常は、グレー・スケール階調で測定される。特に、ここで記述するコア軸合わせおよび中心−焦点軸合わせ工程のような軸合わせ工程を行うのに必要とされる情報は、例えば図２の線１７で示された位置での、取得された写真内の光強度分布を検出することによって得られる。光強度分布は横方向（短手方向）強度分布とも呼ばれる。光強度分布は、取得された写真においてファイバの画像の長手軸に実質的に垂直な線に沿って、その線に沿っての位置の関数となる。通常、光強度分布は、ファイバまたはファイバ終端部が図２に示すように水平に向いているような従来から取得されている写真における垂直な位置の関数として、測定される。光強度分布は、上で言及した光強度とも呼ばれるところの輝度である。コア１４'の位置やクラッド１４の端部の位置のようなファイバ終端部の位置に関する情報を抽出するためには、観測／取得された写真における色々な視野の位置と輝度および、特に、光強度分布を、例えば画像処理および解析ユニット１１によって注意深く観察して解析する。
【００１８】
図２における線１７で測定された光強度分布が図３の図表に描かれている。図３において、光強度分布は、よく解像された５個のピークを持つ構造を含んでいることがわかる。５個のピークは、図２におけるより小さな輝度／光強度を持つ視野に囲まれた５つの明確な視野に対応する。２つの外側のピークｐｏｌとｐｏｒは、撮像システム６から見たクラッド１４の上部および下部の外側端部を表す。写真におけるクラッドの上部および下部の端部の画像間の距離Ｗ２は画像化されたファイバ１３の物理的なクラッドの直径に比例する。この比例定数は主に光学系７の倍率によって決まる。中央の３つのピーク構造ｐ３ｃを理解して定量的に説明するために、図４の図表に示すように、クラッド１４はコア１４'の一定の屈折率とは異なる一定の、或は一様な屈折率を持つものと仮定してＳＭＦに対する光線追跡シミュレーションを行った。ファイバ終端部１３はコリメートされた光、すなわち図１に示したような平行光によって照明されていると仮定されている。このシミュレーションは公知のスネルの法則を繰り返し使用して行われる。
【００１９】
ファイバ１３に入射した光は、ファイバと空気の境界で、およびファイバの中で異なる、或は変化する屈折率を有する領域を通過する場合は屈折する。一般に、ファイバは、円筒型光学レンズとして働くと考えることができ、この事実は「レンズ効果」と呼ばれる。考慮している視野方向において観測されるように、「ｄ」で示されるファイバと空気との境界では、すなわち、撮像システム６の光軸１２および観測方向を水平であるとして、ファイバの垂直方向の最も外側部分では、ファイバ１３内部に屈折した光と背景光が一緒になってファイバの端部を示す。その結果、これがクラッド１４の上部および下部の端部の画像となり、すなわち図３に示した２つの外側のピークｐｏｌ、ｐｏｒとなる。この２つのピークは、図２に見られる、周りの黒或はほとんど黒の領域を超えた輝度を有する２つの水平な細帯形状の領域ｒｏｌ，ｒｏｕに対応する。ファイバの内部での光の強い屈折は、また、光線を含まない２つの領域となる。この２つの領域は、図２を参照して、ファイバ１３の画像内の「黒領域」ｒｂｌ，ｒｂｕに対応し、図３の強度分布中の領域ｂｌ，ｂｒに対応する。
【００２０】
コア１４'とクラッド１４の境界近くの、フォーカスされた光が通過する領域をよく調べると、コア１４'を通過するときに光は、更なる屈折を受けることがわかる。その結果、光は３つの部分に分裂する。この効果は、図４における「ａ」と「ｃ」で示される位置の間の間隔内に位置した物体面１５に対して観測される。この間隔内に在る物体面で取得された写真に対して、ある細帯型中央複合領域ｒ３ｃが観測できる。この領域は、取り囲む黒い領域sｒｂｌとｒｂｕをはるかに超えた輝度を持ち、下部の明るい領域ｒｃｌ、上部の明るい領域ｒｃｕ，中央の明るい領域ｒｃの３つの明確な領域からなり、これらの領域は、やや小さな輝度を持つ２つの狭い領域ｒｓｌとｒｓｕによって相互に分離されている。中央の複合領域は、対応する写真から導出された光強度分布において観測できる特徴的な３ピーク中央構造ｐ３ｃに対応し、中央の明るい領域ｒｃは中央ピークｐｃに対応し、下部および上部の中央の明るい領域ｒｃｌ、ｒｃｕは側面ピークｐｃｌとｐｃｒに対応する。対応する中央構造ｐ３ｃのなかで中央の明るい領域ｒｃと中央ピークｐｃは、２回の屈折を受けた屈折光からの寄与によるものと帰属できることは明らかである。一方、底部および上部の中央の明るい領域ｒｃｌ、ｒｃｕと対応する２つの側面ピークｐｃｌ，ｐｃｒはクラッド１４だけを通ってきた光によって形成されたものであることも明らかである。図３と４を精査すると、中央の明るい領域ｒｃと中央ピークｐｃはコアに関する情報を含むことが理解され、中央ピークは「コア画像ピーク」と呼ばれる。「コア画像ピーク」に対比して、２つの側面ピークｐｃｌ，ｐｃｒは、中央におけるサテライト・ピークとも呼ばれるが、「クラッド画像ピーク」と呼ばれる。
【００２１】
３つの中央明視野間、それに対応するコア画像ピークとクラッド画像ピーク間の分離の程度は、主にコア１４'の屈折率とクラッド１４のそれとの間の差によって決定され、それは今度は、コアとクラッドの中のドーパントの種類およびドーパントの濃度によって決定され、光学系７の設計によっても決定される。図４から直接的に見られるが、図２の中央複合明視野の幅Ｗ１、及び対応して図３に見られる分布の中央３ピーク構造の幅Ｗ１は光学系７の物体面１５の位置を変化させると変化する。一般に、コア１４'と物体面の間の距離が小さいほど幅Ｗ１は大きくなる。
【００２２】
便利のため、コア軸合わせ工程の以下の記述では２つのパラメータ「Ｈ１」と「Ｈ２」を導入するが、これらは図３に示されている。第１のパラメータＨ１は、中央明視野ｒｃの全コントラスト、すなわち中央視野における最大輝度と、図２における暗視野ｒｂｌ、ｒｂｕのように迷光または「ノイズ」光だけしか観測できない領域の平均の輝度との間の差を表す。光強度分布においては、第１のパラメータＨ１は、迷光のレベル、すなわち上に言及した「黒の領域」ｂｌ、ｂｒにおける光強度のレベルに対するコア画像ピークｐｃの最大値である。光学系７の物体面１５の位置は、パラメータＨ１の大きさに影響を及ぼす。第２のパラメータＨ２は、中央明視野ｒｃの局所的なコントラスト、すなわち中央の視野における最大輝度と、中央複合明視野ｒ３ｃにおける２つの取り囲み分離する狭い暗視野ｒｓｌとｒｓｕの最小輝度の平均値との差を表す。光強度分布においては、第２のパラメータＨ２は、コア画像ピークのコントラストであり、コア画像ピークｐｃの最大値とコア画像ピークに隣接する２つの最小値ｍｌ、ｍｒの平均値との差として定義される。
【００２３】
物体面１５の異なる位置に対して取得された写真の中から第２のパラメータＨ２が最も高い値を有する写真がコアの画像を観測するのに最良のものであり、それ故対応する物体面の位置がコアの画像を観測するための最良の位置である。２つのパラメータＨ１とＨ２の値は以下に記述するようなコア軸合わせ工程のような軸合わせ工程において判断基準とされるものである。
【００２４】
既存技術の欠点を緩和して、光ファイバ、特にＬＭＡ−ＤＣＦの正確なコアの軸合わせを行うために、ＬＭＡ−ＤＣＦのようなファイバのコアを軸合わせするための方法が開発されてきた。この方法は４つのキーとなる手続き、すなわち４つのキー・ステップを含んでいる。それらは、
（１）ファイバのレンズ効果を用いて中心−焦点軸合わせ工程を行うステップ。この工程は分離して用いることも、コアを持たないファイバに対して用いることもできる。
（２）第１のパラメータＨ１を用いて物体面の位置の領域を探すことによりコアの画像を見つけ出すステップ。
（３）第２のパラメータＨ２を用いてコア１４'を観測するための最良の物体面の位置を決定するステップ。
（４）異なる方向における位置ずれを所定の値にまで迅速に低減するステップ。特に縦続工程を用いてコアの位置ずれを所定の値にまで低減するステップ。
【００２５】
これらの手続きはお互いに色々の組み合わせて用いてもよいし、他の方法と組み合わせて用いてもよいし、或は上記の第１のステップを接続ステップの前に用いる軸合わせ工程としてだけ用いてもよい。
【００２６】
観測軸１２に垂直な観測面に対して、ファイバの画像の中に３つの明瞭な明視野を持ち、対応する光強度分布に３ピーク構造を持つ中央複合明視野は、光がファイバ１３のコア１４'を通過する場所に位置する観測面において観察できること、および第１のパラメータＨ１の値で表される、中央明視野と対応するコア画像ピークの強度は、光源からの光伝播の距離が増加するとともに増加することが図４から導き出すことができる。全コントラストＨ１値は「ｃ」で示される位置の観測面で最高値に達する。そこでは、中央複合明視野は劣化してはっきりとした内部視野を持たない中心視野となり、光強度分布における３ピーク構造は劣化して１ピーク構造に変わる。物体面または観測面のこの位置「ｃ」はいわゆる「ファイバの自己集束位置」と呼ばれる。図５ａと５ｂは、それぞれ４００μｍの円形ＬＭＡ−ＤＣＦと４００μｍと、８角形Ｙｂ―ドープＬＭＡ−ＤＣＦとについて自己集束位置に位置する物体面１５で撮った写真である。この２つのファイバに対して「白色帯」、すなわち比較的大きな輝度と高い光強度を有するそれぞれの写真の中心領域に関して非常に似通った画像が見られることがわかる。
【００２７】
ファイバのレンズ効果と自己集束効果を洞察するためには、「白色帯」の光強度分布を図５aから抽出する。線１９は抽出の位置を示す。光強度分布は図６に示す。自己集束効果に対しては、コア１４'内での光の屈折は重要ではなく、またこの効果は、コアを持たないファイバに対しても現れることを思い出すことができる。
【００２８】
図６の光強度分布において、中央のピークｃｐは、切頭型のガウス分布と類似していることが見て取れる。このことは図５ａのファイバの画像に見られる中央の明るい領域ｒｃは、その中心線に沿っての視野において最高の、一定の輝度を持ついう事実に対応するものである。詳細な解析の示すところは、該中心線と切頭型分布の中心はファイバのクラッドの中心に非常によく整合するものであり、このことは全ての市販の光ファイバにおけるクラッドの断面の対称性が高いことによって説明できる。このように、ファイバの自己集束のレンズ効果は、取得された写真におけるクラッド端部の位置についての情報を必要とすることのない「擬クラッド軸合わせ」工程を開発するために用いることができる。この軸合わせ工程はいわゆる「中心−焦点軸合わせ」である。
【００２９】
「中心−焦点」の概念は第１にエリクソン製ＦＳＵ９７５ＰＭ−Ａ接続器に導入された。非特許文献２を参照のこと。該工程はレンズ効果の追跡によって偏波観測の分布、すなわちＰＯＬ分布をとるための撮像システムの基準位置を確立するために開発された。特許文献４を参照のこと。ここでは「中心−焦点」の概念を中心−焦点軸合わせ手続きの工程に用いるためにさらに発展させる。
【００３０】
「中心−焦点軸合わせ」工程を行うためには、考慮中のファイバ１３の自己集束位置を見つけなければならない。それは物体面１５の位置を変えながら中央明視野を評価して、この変化に対する切頭型の中心分布を、例えば切頭ガウス分布型を仮定して特に注意深く解析することによって行われる。中央ピークの頭が切れていることは、撮像システム６および特に感光デバイス９の飽和を明瞭に示しているので、ピークの頭の部分は飽和の効果で取り除かれているので、切頭構造の光強度分布がこれによって容易に同定される。観測される光強度または輝度の頭打ちまたは飽和は、ある領域における光強度または輝度が、例えば、中央複合明視野が観測され、或は対応する光強度分布に３ピーク構造をもつ場合に対して上に論じたコントラスト値Ｈ１、Ｈ２と比べて比較的大きい所定値よりも大きいという事実と明らかに同一である。
【００３１】
飽和と頭打ちの構造が得られる位置を見つける（探索する）１つの方法は、最大輝度ＨＭまたは光強度分布の最大値を測定して、撮像システム６の飽和閾値ＳＡＴ、例えば、この効果を調べるために通常用いる装置においてはグレー・スケール値で２５５であるが、その飽和閾値と比較することである。このとき、飽和閾値は上に言及した比較的高い所定値である。飽和は、考慮中のファイバの自己集束位置「ｃ」の近くの比較的広い範囲で起こるであろうことが理解されよう。明らかに、全コントラスト値Ｈ１または対応する平均Ｈ１ａｖは、自己集束面のより正確な位置を探す範囲または物体面位置を見つけるために、取得された写真の中のファイバ終端部の画像において、単一の中央の長手明視野だけが得られる場合に対しても用いることができる。それゆえ中央の明るい領域で飽和を得るための条件は条件Ｈ１＞ＳＡＴと等価である。ここでＳＡＴは画像取得装置９の飽和レベルである。明らかに、ＳＡＴは所定量であり、所定の閾値に等価である。条件Ｈ１ａｖ＞ＳＡＴを用いることもでき、または一般にＨＭ＞Ｈ１ｈｉｇｈ(Ｈ１＞Ｈ１ｈｉｇｈまたはＨ１ａｖ＞Ｈ１ｈｉｇｈ)を用いることもできる。ここでＨ１ｈｉｇｈは適当に選ばれた、比較的高い閾値であり、Ｈ１ａｖは中心部の視野の平均相対輝度である。
【００３２】
次に一般的には、Ｈ１ｈｉｇｈの適当な値を設定した後、予備の物体面の位置を高速で探査するための予備工程をスタートする。探査は物体面のよく定義された基準位置からスタートする。この基準位置は、例えば、光学系に面する光ファイバ終端部の側面の位置に、或はそこから比較的小さな距離、例えば考慮中のファイバ終端部１３の直径に対して小さな距離にある位置にとってよい。次に、光学系７の物体面１５をファイバ終端部から離れる方向に動かしつつ、写真を連続的に撮り、対応するＨＭ値（Ｈ１値またはＨ１ｔｈ値）を、例えば、写真から導出した強度分布の解析によって導出しＨ１ｈｉｇｈ(ＳＡＴ)と比較する。。もし条件ＨＭ＞Ｈ１ｈｉｇｈが満たされていることがわかった場合は、予備工程を終了して物体面の現在の位置を次の工程のためのスタート位置とする。単一の位置ではなくて、自己集束位置を決めるための次の操作がスタートしまたは探査される物体面の位置の範囲が決定されてもよい。それは、この範囲の物体面位置は全て言及した条件を満たしているからある。もし、例えばそのような範囲が決定されると、次の手続きのスタート位置、第１の位置とも言われるが、その位置はその真ん中などのような、この範囲の内部の何処かになるであろう。
【００３３】
次に、正確な自己集束位置「ｃ」を得るためには、画像中の中央の明るい領域ｒｃ、または等価なことであるが、対応する光強度分布中の中央ピークｃｐの幅Ｗ１を最小にするための更なる工程が用いられる。このような最小値は、対応する観測／物体面が光学レンズとして考慮したファイバの真の画像面であることを明瞭に示すものである。入射する平行光に対してこの観測／物体面は、円筒ファイバレンズの焦点面である。
【００３４】
飽和およびそれ故の切頭型の中心分布が得られるような、或は一般的に観測された光強度または輝度が上に言及した比較的高めの所定値よりも大きいような、物体面の領域あるいは少なくとも１つの位置をまず見つけた後に、更なる工程がスタートする。つぎに、最小幅Ｗ１ｍｍを探査することは、中央の切頭型分布が見られた位置の周りを前後に撮像システム６の物体面１５を移動し、移動中に連続して画像を撮影し、実時間で中央切頭型分布の幅Ｗ１を測定することによって行われる。「連続的に」という用語は、ここでは、通常と同じく、比較的短時間で、または物体面が比較的小さな所定ステップで、すなわちある決まった長さを持ったステップで動きながら、画像を繰り返し撮影し解析することを意味する。物体面１５のある位置に対して条件（Ｗ１−Ｗ１ｍｍ）≦δlが満たされるならば、探査の工程は終わる。ここでδlは所定値、或は前もって定義された定数であり、また閾値とも呼ばれ、通常は０．１μｍに等しく設定される。Ｗ１ｍｍ値は通常は所与のタイプの光ファイバに対してよく定義された値である。上に言及したように、中央明視野ｒｃと切頭型中心部分布ｐｃの中心Ｃｌはファイバのクラッド１４の中心をほぼ表す、または示すことは明らかであり、これは実際に画像化した２つの光ファイバの「擬クラッド軸合わせ」を行うために用いることができる。
【００３５】
中央明視野/切頭型中央部分布の幅Ｗ１と中心Ｃｌの両方を正確に決定するためには、例えば、分布の導関数の解析を含む方法のような、光強度分布に対して何か適当な方法が用いられる。例として、図７に、図６の切頭型中央部分布の１次導関数が描かれている。中心部に位置する２つの強いピークｐｃｐ、ｐｃｎが雑音上に重なっていることが判る。図７に描かれたこれら正と負のピーク間の距離は明らかに分布の幅Ｗ１の正確な測定値を与える。２つのピークｐｃｐ、ｐｃｎの最大値に対応する座標をｘｌとｘ２とすると、Ｗ１=ｘ２-ｘｌであり、分布の中心位置は簡単にＣ１＝（ｘｌ＋ｘ２）／２として導出できる。
【００３６】
「中心−焦点軸合わせ」の工程は、まず、中央明視野ｒｃの中心線、あるいは対応する光強度分布から決定される値Ｃ１として捉えたクラッド１４の中心の位置を２本のファイバ終端部のそれぞれの終端の画像において決定するステップと、最後に２つのファイバ終端部を決定された中心の位置を用いて軸合わせするステップを含む。該工程は多くの側面で非常に有用である。製造工程が成熟しているので、今日では大抵のファイバ製造業者は高品質のファイバを製作し、例えばＳＭＦファイバは１％未満という非円率と０．２μｍ未満の離心率を持っている。離心率とはファイバのコアがファイバのクラッドに対して、すなわちより正確にはクラッドの外側表面に対して、完全に中心に位置してはいないという、ファイバ製造工程における有限の許容度を指している。実験データの示すところは、小さな非円率と小さな離心率を持つファイバに対しては「中心−焦点軸合わせ」と呼ばれる工程を用いても「コアの軸合わせ」と呼ばれる工程を用いても接続損失に関しては差はないであろう。それ故に、「中心−焦点軸合わせ」工程は高品質のファイバを軸合わせするための真のコア軸合わせ工程を原理的に置き換えるために用いることができる。
【００３７】
さらに、例えば標準の単一モード光ファイバに対して中心−焦点軸合わせ工程を用いるのに加えて、大直径ファイバ（ＬＤＦ）に対する軸合わせを行うためにも用いることができる。用語ＬＤＦは、１２５μｍの直径を持つ標準のＳＭＦと比べて、３００μｍより大きな、通常は３００−１０００μｍの範囲のクラッドの直径を持つファイバを指している。従来の光ファイバ接続器内の標準の撮像システムを用いると、多くのＬＤＦのファイバ端部はサイズの制限、とくに画像取得装置または光センサ９の高さの制限のために観測できない。一方、図５ａと５ｂを見ると、自己集束領域における中心部の切頭型ピークまたは中央明視野の幅Ｗ１は取得された写真におけるクラッドの直径の幅よりも通常は係数５−１０だけ小さいということが判る。このことは中心−焦点軸合わせの方法を用いれば、ファイバの、およびファイバの写真の従来の方位に対する、特に高さ方向で、比較的大きな寸法をもつ画像センサを有する先端の撮像システムおよび／またはズーム機能を持つ光学系を必要とすることなく軸合わせを行うことができることを意味する。このように、中心−焦点軸合わせは融着接続器におけるＬＤＦを軸合わせするための、経費的に有利な解決策である。
【００３８】
しかしながら、主に技術的な理由とＬＭＡ−ＤＣＦを製造するためのやや複雑な工程のために、高品質のＬＭＡ−ＤＣＦを製造することは尚困難であると見なければならない。例えば、ＬＭＡ−ＤＣＦの典型的な離心率は通常は約１−２μｍであり、これは従来のＳＭＦのそれの５倍大きい。このように大きな離心率のファイバに対しては、接続の品質はクラッドを軸合わせすることに基づく方法を用いるときと一致するものではない。これは、相互に接続すべきファイバの方位角方向に依存してコアの位置ずれがランダムに変化するという事実から生じるものである。例えば、同じ２μｍの離心率を持つ２本のファイバのクラッドを完全に軸合わせをしたと仮定して、接続における最終的なコアの位置ずれは、０から４μｍの範囲で変わりうる。初期のコアの位置ずれの変化が、対応して、接続間での接続損失の大きな変化という結果になってしまう。
【００３９】
これ故に、コア軸合わせ法はＬＭＡ−ＤＣＦおよびまた多分、大きな離心率を持つ他の全ての光ファイバの接続を改善できる。しかしながら、通常の或は従来のＳＭＦに関して、コア軸合わせ法は大きな離心率を持つファイバに対する低接続損失を保障しないことが知られている。離心率の影響により、２つのファイバのコアがお互いに正確に軸合わせしたときに接続すべきファイバのクラッド面間での軸方向の位置ずれ、或は横の位置ずれ、横断面位置ずれとも言われるが、が現れる。融着工程の間に、通常はなにかのガラスであるが、溶けた材料の粘性による自己中心化効果、即ちいわゆる表面張力効果によって、ファイバは軸方向位置ずれを最小にしようとする。それ故、最終的には、実際の融着工程に先立って予備軸合わせされたコアは融着工程が完了すると軸ずれを起こし、接続されたファイバのコアは接続点で反ったりさえする。そしてこの結果、高い接続損失につながる。
【００４０】
標準のＳＭＦと対比して、実験結果の示すところは、大抵のＬＤＦ間の接続、および／またはＬＤＦと他のタイプのファイバとの組み合わせの間の接続に対して表面張力の影響は無視できるということである。例として６００μｍＬＤＦと従来の１２５μｍＳＭＦの組み合わせを取ると、粘性による自己中心化効果は方位角方向にとった表面張力の平衡のためにほとんど相殺されるであろう。２つのＬＤＦを相互に接続する場合は、例えば標準ＳＭＦに比べてＬＤＦの比較的大きな質量または体積のために、表面張力の影響は２つのＳＭＦ間の場合に比べてずっと小さい事もわかってきた。また、ＬＤＦの比較的大きな質量または体積は相互に接続されるファイバのコアの反りを防いでいる。それ故に、コア軸合わせ法は大きな離心率を持つＬＤＦに対して、接続の結果を大幅に改良することができるであろう。
【００４１】
上の議論で、中心−焦点軸合わせ工程は大きな離心率を持つＬＭＡ−ＤＣＦには適当ではないが、それはしかし、ＬＭＡ−ＤＣＦに対する開発中で先進のコア軸合わせ工程のための少なくとも予備軸合わせ工程としては役に立つ。上記のような中心−焦点軸合わせの工程はＬＭＡ−ＤＣＦを相互の関係において比較的小さいコアの位置ずれを持って近似的に位置付けることができる。このことはコアの画像を見つけるための解析範囲が、取られた写真の中でクラッド端部の位置を知ることなしに、大幅に低減できることを意味する。このことに基づくコア軸合わせ工程は、複雑で先進的な撮像システムを用いる必要は無く、特にＬＭＡ−ＤＣＦに適しているが、他のタイプのファイバにも適用できるものであるが、そのコア軸合わせ工程をこれから記述しよう。
【００４２】
それ故に、まず、考慮中のファイバのコアの画像を短時間で見出す手続きを記述しよう。図８には４００μｍの８角形のＬＭＡ−ＤＣＦに対する、図４に示した「ａ」、「ｂ」、「c」の位置の物体面１５で撮られた写真から抽出した光強度分布がプロットされている。対応する画像は８角形のファイバをファイバの対称軸が撮像システム６の光軸１２に一致するように配向することによって得られた。これはコリメートされた光が８角形の平坦な表面の１つに垂直に当たることを意味する。
【００４３】
図８から、分布ｃは、中央ピークｐｃの「飽和」で特徴付けられ、すぐに、この分布は物体面を「ファイバ自己集束」の位置「ｃ」において撮られたものであることがわかる。分布ｂは、対象を位置「ｂ」において撮ったものであり、クラッドピークｐｓｌ、ｐｓｒは高いレベルの雑音を受けているが、中央３ピーク構造ｐ３ｃが観測できるようにコアの画像がよく解像されている。分布ａは、物体面を位置「ａ」にして撮ったものであり、分布は中心部がまったく平坦である。しかしながらコアの画像ｐｃは未だよく解像されていて、「最小強度」を持つ２つの逆ピークｐｉｌ,ｐｉｒで特徴付けられる。テストをするための接続器の装置では、中央３ピーク構造を得るための上限と下限は、それぞれ約Ｈ１=１２０とＨ１=６０グレー・スケール諧調であるということが観測されている。すなわち、各ファイバ、装置またはデバイスに対して、中央部の３つのピークの形状ｐ３ｃがはっきりと区別でき、したがって解析できるような、中央ピーク強度の明確な上限と下限が存在する。詳細な研究によれば、与えられたタイプのファイバと撮像システム６のよく規定された設定に対して、対応する上限と下限とはほぼ同じである。このように、３ピーク構造を手早く見つけ出すための閾値Ｈ１thを作ることが可能である。中央部の３ピーク構造は、ファイバの画像における、ファイバのコア１４'に関する中央明視野と周りの明視野を含む中央複合明視野を持つことと等価であるということを思い出すことができる。
【００４４】
閾値Ｈ１ｔｈの適当な値は３ピーク構造がよく解像される範囲の上限と下限の平均値として定義でき、それは用いる画像取得センサ９の飽和レベルＳＡＴに比べて、または等価的にＨ１ｈｉｇｈに比べて、一般的には、小さくあるべきであり、または好適には十分に小さい値であるべきである。例として４００μｍ８角形ＬＭＡ−ＤＣＦを考えると、上記のように、上限と下限はそれぞれ６０と120グレー・スケールである。それ故に、適当な閾値はＨ１ｔｈ=９０グレー・スケール諧調と設定できる。異なるタイプのファイバに対しての閾値は実験的に決定されるし、および／または教育を受けた推測によって決めることができる。例えば、図４のコアの画像形成の基本機構によれば、Ｈ１ｔｈを得るための撮像システム６の物体面１５の設定に対する妥当な位置はファイバ１３から光が出て行くクラッド１４の側面または表面の近くである。
【００４５】
次の疑問は、強度分布がよく解像された３ピーク構造を持つということを定義する方法である。撮像システムの雑音レベル、テストに実際に用いる装置においては２グレー・スケールであるこの雑音レベルを考慮に入れると、よく解像された３ピーク構造は、通常は、局所的コア画像ピークのコントラストＨ２の受け入れ可能な最小値Ｈ２ｍｉｎによって定義される。値Ｈ２ｍｉｎは、通常は、雑音レベルのそれの２倍だけ大きな値として設定される。すなわちＨ２ｍｉｎは所与の例では４グレー・スケール諧調と設定でき、一般的にはＨ２ｍｉｎの値はこの値よりも小さくてはいけない。
【００４６】
Ｈ１ｔｈの適当な値を決めた後に、取得された写真のなかに３ピーク構造を与える物体面位置の高速検出を行う予備工程がスタートする。検出は物体面のよく定義された基準位置からスタートする。基準位置は例えば考慮中の光ファイバ終端部１３の自己集束面としてとってもよく、または光学系に対面する光ファイバ終端部の側の比較的大きな距離にとってもよい。自己集束面のような最初の位置を見つけた後に、光学系７の物体面１５はファイバ１３のコア１４'の方向に動き、写真を連続的に撮り、対応する値Ｈ１を強度分布の実時間解析から抽出し、Ｈ１ｔｈと比べる。条件Ｈ１＜Ｈ１ｔｈが満たされるとわかった場合は予備工程は終了し、物体面の現在の位置は次の工程のためのスタート位置になる。。
【００４７】
検出において、上に定義したような全コントラストＨ１を用いる代わりに、平均全コントラストＨ１ａｖを用いてもよいことは明らかである。平均全コントラストは、取得された写真内の中央複合明視野ｒ３ｃにおける平均輝度と隣接する黒の領域sｒｂｌ、ｒｂｒの輝度の差、または等価的であるが、取得された写真から導出される強度分布における中央３ピーク構造ｐ３ｃの平均光強度と隣接する黒い領域ｂｌ、ｂｒにおける光強度との差として定義される。定義された条件の代わりに|Ｈ１−Ｈ１ｔｈ|≦δ６または(Ｈ１ｔｈ−Ｈ１)≦δ６の形の一般的な条件を用いてもよい、ことも明らかである。ここでδ６は、最良の位置を決めるための次の手続きをスタートさせる、或は検出する、物体面の位置または範囲を選択するために適当に選ばれた、比較的小さな所定値である。例えば、そのような範囲が決定されると、次の手続きのためのスタート位置はその中間などのようなこの範囲内のどこかになる。
【００４８】
次に、撮影された写真内でコア１４'の位置を決定する最良の位置が決定される。コア１４'の位置を決めることができる写真を与える撮像システム６の最良の物体面位置は局所的なコア・コントラストＨ２が最高値Ｈ２ｍａｘをもつ位置であるということは、Ｈ２ｍａｘを与える物体面位置ではコア画像ピークが最良に解像された構造を与えるゆえに、明らかである。Ｈ２ｍａｘの値を与える物体面位置を見つけるためには、物体面１５を撮影された写真のなかで全コア画像ピークのコントラストがＨ１ｔｈにほぼ等しくなる位置の周りで前後に動かすことによって局所的コア・コントラストＨ２の値を最大にすることができる。ある物体面位置で条件(Ｈ２ｍａｘ−Ｈ２)≦δ２が満たされると、工程は終了する。ここで定数δ２は所定値または予め定義した定数であり、該方法をテストするために用いられる装置において通常は１−２グレー・スケールである。Ｈ２ｍａｘの値は実験的に導くことができる。
【００４９】
撮影された写真内でコア１４'の画像の位置を決定するために最良の物体面位置を見出すための局所的なコア・コントラストＨ２を用いることにより、多くの利益が得られる。第１に、例えば、上に引用した特許文献１および特許文献５にて開示されているような従来技術の方法を用いると、所与のファイバのコアを観測するための位置は固定される。たとえば光学レンズなどの撮像システム内の製造部品における有限の公差のために、最良の焦点位置、または物体面位置はシステムと他のシステムの間でかなり変化し、その結果、接続器と他の接続器の間で画像品質が変化する結果になる。この問題を克服するためには光学部品の公差に関する厳密なチェックが必要となり、これは製造コストを著しく増加させることになる。ここに記述した工程を用いると、ファイバのコアを観測するための最良の位置が動的に決定され、個々の撮像システム６に対して最適化される。このように、光学レンズの製造上の要求が緩和される。第２に、Ｈ２ｍａｘを得るための物体面位置では、コアの画像は、両サイドの「クラッドピーク」から良好に分離／解像される。このように、例えばコア・ピークとクラッド画像ピークｐｓｌ、ｐｓｒとの強度が相互に重畳することによるコア・ピークｐｃの微小シフトを含む負の寄与のような、クラッドピークのコア・ピークへの負の寄与は、この位置では最小化される。最後に、本工程は、撮影された写真内でクラッド端部の位置に関する情報を必要とすることなく、コアの軸合わせを行う可能性を与えるものである。
【００５０】
光強度分布に記録された光強度は、光強度分布が導出された写真に置ける対応する視野の輝度の値と等価であることを再び思い出すことができる。特に最大光強度は、最大輝度の値に等価であり、最小光強度は最小輝度の値に等価である。
【００５１】
さて、縦続手順を用いた直接軸合わせ法を記述しよう。
【００５２】
上記のように最良の物体面位置または焦点位置を見つけた後のように、ファイバ終端部を画像化するための適当な位置を決定した後、それそれの絵の中の２つのファイバ終端部間の横方向の位置ずれが決定される。そこで、最初に軸合わせし、続いて相互に接続すべき２つのファイバ終端部の片方、例えば左のファイバ終端部の適当な写真を取得するために撮像システム６がまず設定される。そのような写真では、通常は、両方のファイバ終端部の画像が見られる。具体的には、写真の中でファイバのコア１４'の画像、またはその代わりに、以下の記述を参照していただきたいが、クラッド１４の中の屈折から発生する中心線の画像を観測してもよい。次に、必要ならば、撮像システム６の設定を変えて、２本のファイバ終端部の中の他方の写真を取得するために適当な位置とする。該他方のファイバ終端部を観測するための適当な写真の中で、該他方のファイバ終端部のコアまたは中心線の画像が観測される。このような観測から横方向位置ずれが決定される。
【００５３】
このように、一般的には、横方向位置ずれは、例えば、写真の中の２つのファイバのコアの位置、特にコアの中心の位置から、または上に言及した中心線の位置から決定される。写真の中のコア１４'の、或は中心線の位置は、こちらは、ファイバの終端表面の画像から適当な、比較的短い距離にある１点のような、コアあるいは中心線の画像の中の単一の点から得られる。撮像システムによって観測される位置ずれは最終的には得られた位置間の横方向の差から決定される。
【００５４】
代替として、より高い精度を達成するためには、コアまたは中心線の位置は、コアまたは中心線の画像の中でとられた複数の点の位置を決定するすることにより得てもよい。そのような点は、例えば、適当に選ばれた一定間隔を持って、終端表面の画像からの距離が増加するように位置していて、終端表面の画像に最も近い点もファイバの終端表面の画像から適当な、比較的小さな距離に位置している。点の横方向の決定された位置は、そこで、例えば「線形回帰フィッティング」方法のような何か標準的な方法を含む、適当な方法で直線に一致させる。
【００５５】
両方のファイバ終端部に対してそのような直線を決定した後に、２つの直線は接続点、または正確には接続（継ぎ合わせ）が行われようとしている面まで延長される。この面は写真の中では予想接続線である。直線と接続線との交点から、例えば交点間の距離または差を形成することにより、撮影された写真の中の横方向コアの位置ずれが決定できる。
【００５６】
位置ずれまたは距離を見つけるために各ファイバ終端部に対して複数の決定された点を用いる工程は概略的に図９に示されている。
【００５７】
特に、コア１４'または中心線の位置はファイバの終端表面の画像から適当な、比較的短い距離にある単一の強度分布から決めることもできる。しかしながら、上記したのと同じように、終端表面の画像から増加する距離にある複数の線でとった複数の強度分布からコアまたは中心線の位置を決定すると、より高い精度が得られる。それ故、ファイバ終端部に沿って多くの強度分布のサンプルがとられる。例えば、考慮中のファイバの劈開終端とも呼ばれる終端表面の画像から５μｍの間隔で２０サンプルがとられる。そこで、コア・ピークの中心位置または各サンプル点の強度分布の中心ピークが決定される。コア・ピークの、または一般的には、中央ピークの中心位置を決める方法は以下に論じる。これらの中心位置は、上記のように、例えば「線形回帰フィッティング」方法などの標準の方法を含む適当な方法によって直線にフィッティングされる。
【００５８】
融着接続器では、２つのファイバは、通常は、２つの観測面から眺められ、または画像化される。観測面はここではＸとＹの観測方向に垂直な面としよう。大抵の場合はお互いに垂直であるが、ある装置では別の角度を持っていてもよい。ともかくも、装置に位置決めされ固定された平行なファイバ終端部の縦方向に、観測方向は垂直であり、観測面は平行である。この縦方向をＺ方向とする。撮影された写真の中で決定された位置ずれΔＸ、ΔＹから現実の、または実際の物理的な位置ずれＤＸ，ＤＹが光学系７の倍率から計算される。位置ずれＤＸは観測方向Ｘから見た位置ずれであり、位置ずれＤＹは観測方向Ｙから見た位置ずれである。
【００５９】
接続すべき２つのファイバの終端表面間の距離ＤＺの信頼すべき、または満足できる値を得るためには、撮られた写真の中の適当な１つの中の終端表面の画像を同様に、例えば直線回帰方法を用いて２つの直線にフィットさせる。次に、２つの直線間の平均距離を決定または計算し、この距離を、撮られた写真の中の終端表面間の距離とする。写真の中で決定したこの距離ΔＺから、終端表面間のＺ方向の、現実の、または実際の位置ずれＤＺが光学系６の倍率を用いて上のように計算される。
【００６０】
軸合わせ工程は直線的である。２本のファイバの終端表面間のＺ方向の縦方向位置ずれＤＺは、固定されたファイバ終端部の縦方向に平行に伸びているが、その位置ずれＤＺは、予め決定された閾値δ３以内の良く定義されたギャップ距離ＤＧの値を近似的に得るようにまず調整される。そこで、横の観測方向うちの第１の方向にて見られる位置ずれＤＸまたはＤＹを、詳細は以下の図１１ａおよび１１ｂの記述を参照していただきたいが、この観測面に平行にそれぞれの固定冶具３１を動かすために対応したモータ３３を動かすことによって最小化し、このようにして固定冶具に保持されたファイバ終端部を同じ面内で動かす。この動きは例えば、そのとき非常に小さな値を持つ一定のステップを用いて行われる。すなわち１ステップ後に取得された写真から現れる各位置ずれの低減は、取得された写真の中のファイバ画像の横方向寸法に比べて小さい、または非常に小さくなるべきである。
【００６１】
軸合わせ工程を迅速化するには、「カスケード接続（縦続）技術」と呼ばれる特別な方法を用いることができる。縦続技術は、Ｚ方向であって、Ｘ，Ｙ方向から観測される位置ずれを低減するための特別なアルゴリズムを用いることを指す。このアルゴリズムはそれぞれの固定冶具３１とファイバ終端部の位置で、次々と小さくなるステップ値を用いることを含んでいる。ステップの全ては位置ずれを可能な最小の値に低減するために同じ方向でとられている。１例では、そのような次々と小さくなく値は指数関数的な減衰関数にしたがってとられてもよいが、他の減衰関数も用いることができる。実際に選ばれ、用いられる関数は、例えば、位置ずれが最小となるまでに必要な速さに依存している。実際には、位置ずれを低減するために、半段階縦続を用いるアルゴリズムが、ある場合にはよい選択になることがわかっている。
【００６２】
このように、この方法では、１ステップ移動するごとに撮影された写真の中の位置ずれが決定され、次に位置ずれ、または対応するファイバ終端部間の物理的な位置ずれが十分に最小化されたかどうか、すなわちそれぞれの位置ずれΔＸまたはΔＹが所定の値δ４またはδ５よりも小さいかどうかが決定される。そして次に、今決定された位置ずれをその値の半分に低減するために計算された値を持つ新たなステップによって固定冶具３１を動かす。位置ずれが所定の値より小さい場合には、考慮中の観測方向の軸合わせの工程は終了となる。その後、同じ工程が他の観測方向に対して行われる。最終的に、必要があれば、ここで決定された位置ずれが尚十分に小さいかどうかをチェックするために、写真を第１の観測方向で取得してもよい。もし小さくなければ、必要な軸合わせ品質を得るまで、その観測方向の軸合わせ工程を続けることができる。全ての軸合わせのサブ工程が行われた後に、ファイバをお互いに接続することができる。定数δ４およびδ５は機械システムの精度によって決まる。これら２つの定数の典型的な値は物理的な位置ずれに対して０．１μｍであり、または取得された写真の中の位置ずれに対しては、光学系７の倍率から得られる計算された対応値であり、また、ディジタル画像技術では取得された写真における画素の密度から得られる計算される対応値である。縦方向の位置ずれＤＺを所望の値ＤＧに設定するためにも同様の方法が適用される。
【００６３】
縦続方法による、１つの観測方向における軸合わせまたは位置合わせの手続きは以下のステップを含む。
１．  ２つのファイバ終端部の片方を、他のファイバ終端部に対して最初の位置に動かす。これは例えば静的に行われるのがよく、それ故、この最初の位置に動かすときに、機械システムの遊びは吸収されていて、またそれ故に、位置ずれを最小にするために、または位置ずれを所定の値にするために、ファイバ終端部は、遊びを吸収するために用いたのと同じ動きの方向に動かさねばならない。
２．  この位置でファイバ終端部の写真を取得し、写真の中の考慮すべき位置ずれまたは距離Δ１を決める。
３．決定された位置ずれまたは距離が所望の値から所定値、所定の品質値とも言うが、この値より小さい量だけ位置ずれしているかどうかを決める。もし小さければ、手続きを終了する。
４．  前のステップ２で決定された、写真の中の位置ずれまたは距離よりも小さな位置ずれまたは距離に対応する移動ステップを計算する。
５．  計算された移動ステップに対応する距離だけステップ１と同じ運動方向にファイバを動かす。
６．  この位置でファイバ終端部の写真を取得して、写真の中で考慮すべき位置ずれまたは距離Δ２を決定する。
７．決定された位置ずれまたは距離が所望の値から所定の品質値より小さい量だけ位置ずれしているかどうかを決める。もし小さければ、手続きを終了する。
８．  前のステップ６で決定された、写真の中の位置ずれまたは距離よりも小さな位置ずれまたは距離に対応する移動ステップを計算する。
９．  ステップ７にて終了するまでステップ５−８を繰り返す。
【００６４】
ステップ４と８において移動ステップｓ１、ｓ２、．．．は、ｓｊ＝ａｊΔｊ、ｊ＝１、２、...に従って計算される。ここでａ１、ａ２、...は全て１より小さな正の値であり、例えばａｊ＝３／４, j＝１，２，．．．である。もし機械的な運動システムの精度が非常に低い場合は、一般的には全ての定数を小さな値、例えば１／４より小さく設定するのがよい選択である。その他の場合は、全ての定数をより大きな値、例えば１／３より大きく、しばしば値１／２がよい選択になりうる。代替法では、定数ａ１、ａ２、...は考慮中の観測方向におけるファイバ終端部間の実際の、または現実の位置ずれに依存して決めるすることもできる。例えば、現実の位置ずれが大きい場合は定数をより大きな値にして、現実の位置ずれがより小さい場合は小さい値となるように決めることもできる。これはいくつかの場合には、ファイバの実際の現実の動きがオーバーシュートする、すなわちファイバが動く距離が長すぎて位置ずれを所定の値に低減するためには反対方向に移動させなければならないという危険を冒すことなく、正確で迅速な軸合わせをすることになる。この場合、定数ａ１、ａ２、...は、大きな位置ずれに対するより大きな値から、より小さな位置ずれに対するより小さな値に減少するように、現実の位置ずれに指数関数的に依存させることができる。代替法としては、定数ａ１、ａ２、...は閾値よりも大きな位置ずれに対しては大きな固定値、例えば３／４を、閾値より小さいか等しい位置ずれのときにはより小さな固定値、例えば１／２を持つこともできる。
【００６５】
光強度分布におけるコア画像ピークの中心の位置Ｃ２を正確に決めるためには、また必要な場合には中心−焦点方法における単一の中央のピークの位置を決定するためには、いわゆるカイ自乗（χ2）フィッティングと呼ばれるカーブ・フィッティング工程を用いることができる（上記の特許文献３を参照のこと。）。この方法では、選択された間隔内の測定された分布は解析関数と背景雑音の和の重畳でモデル化できると仮定される。カーブ（曲線）・フィッティングの品質は還元されたχ自乗関数で評価できる。還元されたχ自乗関数は式（１）のように書くことができる。
【００６６】
【数１】
0005424646.tif 000002
【００６７】
ここでＧ（ｘｉｊ；ａｉｊ）はフィッティング・パラメータａｉｊを持つｊ番目の解析関数であり、Ｆｉ（ｘｉ）は位置ｘｉでのコア画像ピークのi番目に測定された強度であり、測定誤差バーΔＦｉをもっている。ここで誤差バーΔＦｉは標準偏差によって推定される。すなわちΔＦｉ≒√Ｆｉ（ｘｉ）である。Ｎは測定点ｘｉの全数である。Ｃは画像システムの背景雑音であり、可変定数であると仮定される。μはフィッティングの手続き中に変えられるフィッティング・パラメータの数である。整数ｎはフィッティングの手続き中に用いられる独立な解析関数の数である。
【００６８】
分布解析では、ガウス関数が、コア画像ピークが位置する分布をモデル化するために用いられる適当な解析関数である。このとき、式（１）は式（２）のように還元できる。
【００６９】
【数２】
0005424646.tif 000003
【００７０】
ここで、Ｇ（ｘｉ；ａ１；ａ２）はフィッティング・パラメータａ１およびａ２を持つガウス関数である。パラメータａ１とａ２は、それぞれ、分布における最も高いピークの期待される中心位置とピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）を表す。フィッティング・パラメータ｛ａ１、ＢＥＳＴ；ａ２,ＢＥＳＴ；Ｃ｝の最良のセットは、測定されたデータを表す確率を最大にするものである。実際は、χ2≒１という結果を与えるフィッティング・パラメータが求められる。よく定義されたフィッティング・ループを用いてフィッティング・パラメータを変化させ、対応するχ2の値を計算することによって、コア画像ピークを表すための｛ａ１、ＢＥＳＴ；ａ２,ＢＥＳＴ；Ｃ｝の最良のフィッティング値に対する値χ2≒１が見つかる。このように、コア画像ピークの位置はａ１、ＢＥＳＴによって与えられる。フィッティング・パラメータの初期値｛ａ１、0；ａ２,0；Ｃ｝は画像の予備解析によって決定される。例えば次の値を用いることができる。ａ１，０＝ｘｉ｛Ｍａｘ（Ｆｉ）｝，ａ２，０＝２｛ａ１，０−ｘｋ［Ｍａｘ（Ｆｉ）／２］｝，Ｃ＝Ｍｉｎ｛Ｆ（ｘｉ）｝.
よりよい統計としては、各位置ｘｉに対してｍ個の画像を撮る。それぞれの画像に対する対応する強度がｈｉｌ（ｘｉ）、ｌ＝１，２，．．．，ｍ,であるとしたときに、値Ｆｉ（ｘｉ）は、画像から得られる測定された強度を平均化することによって決定される。すなわち、
【００７１】
【数３】
0005424646.tif 000004
【００７２】
しかしながら、基本的な数学によれば、光コントラスト分布は原理的に２次式、多項式、対数関数、指数関数のような基礎関数のセットで表すことができるということは強調しておかねばならない。用いるべき解析関数の選択は、主に、軸合わせ精度とモデル計算を行う時間に依存する。それ故に、与えられたタイプのファイバに対して、よく定義された軸合わせ精度と時間に関する要求を満たす任意の関数を、モデル計算に対する適当な関数として考えるべきである。典型的な例は、実際にコア・ピークの中心を高速で解析して決定するために成功裏に用いられてきた２次関数である。
【００７３】
接続すべき２つのファイバ終端部が同じクラッドの直径を持つ場合と、接続すべき２つのファイバ終端部が比較的小さな差で相互に異なるクラッドの直径を持つ場合、または比較的大きな差で相互に異なるクラッドの直径を持つ場合に対しては、工程のいくつかを高速で終了するため、または、工程を簡単化するために、軸合わせ工程は別々の方法で行われる。各工程における２つのファイバにとって上に記述した最良の軸合わせ位置がお互いに十分に近ければ、軸合わせの手続きに対して単一の物体面位置と、この物体面位置に対して取得された写真を用いることが可能であろう、ということは一般に明らかである。この単一の物体面位置は、ある場合には、決定された軸合わせ位置から、その平均であるように導いてもよいし、２つのファイバ終端部の中の片方の軸合わせ位置であるとして導くことさえでき、この場合は１つのファイバ終端部に対する軸合わせ位置を探すことだけが必要になる。その他の場合は、軸合わせ位置のそれぞれに対して別々の写真を取得して評価しなければならない。
【００７４】
コア軸あわせ方法に対して次の３つの場合が考えられる、が、同じ場合が中心−焦点方法にも適用できる。
【００７５】
（ａ）接続すべきファイバのクラッドの直径が同じ場合は、コアの画像を探すために片方のファイバだけを用いても、２つのファイバの同じ品質のコアの画像を得ることが可能である。実際には、それは、動かすファイバ終端部に対するコアの画像の最良の品質を与える物体面位置を、考慮している観察方向において動的探査することによって行われ、そこでは、このファイバ終端部は考慮している観察方向に対して垂直な面内で動かされる。図１３ａと１３ｂの写真では、このような最良の位置が、それぞれ、中心−焦点の場合とコア−焦点の場合に対して、左側のファイバ終端部に対して用いられている。用いた物体面位置はそれぞれのタイプの軸合わせを行うために十分良好な写真を与えるものであることがわかる。
【００７６】
（ｂ）接続されるべきファイバのクラッドの直径間の差が比較的小さく、例えば細い方のファイバの直径の１０-５０％の範囲、またはさらには１０−１００％の範囲にある場合には、軸合わせをするときに細い方のファイバだけの物体面の最良の位置を用いることで十分である。コアの軸合わせに対しては、太い方のファイバの画像は、そのとき、最適な品質を持たないかも知れないが、クラッドの直径の差が細いほうのファイバの直径の実に１５０％である図１４ａの写真を見ると判るように、大抵の場合は、品質は正確な軸合わせをするために容認できるものであることがわかる。しかしながら、太いほうのファイバに対する最良の物体面位置は用いることができない。というのは、もしその物体面を用いると、図１４ｂの写真に見られるように、細い方のファイバのレンズ効果が支配的となるので、細い方のファイバのコア１４’を観測することができなくなるであろうからである。軸合わせにおいて、片方のファイバ終端部の画像だけを用いることの利点は明らかで、コア軸合わせ工程のこの場合において、軸合わせ工程をより迅速に行うことができ、必要な全体の時間がより短くなるということである。同じことは中心−焦点軸合わせ工程についても言えることは明らかである。
【００７７】
（ｃ）接続されるべき２本のファイバのクラッドの直径間の差が比較的大きく、例えば細いほうのファイバの直径の、それぞれ、５０％または１００％より大きい場合には、軸合わせに片方の物体面位置だけを用いるところの、（ａ）に記した方法も（ｂ）に記した方法も成功裏に用いることはできないことになる。この場合には、代わりに、２本のファイバのそれぞれに対する物体面１２の最適位置が用いられる。ということは、まずファイバ終端部の片方の最良の位置を用いて、その画像の中での、このコア１４'の位置のような、このファイバ終端部の基準位置を決定し、次に、他のファイバ終端部の最良の位置を用いて、その画像の中の、その基準位置を決定し、その後、ＸおよびＹ方向の中の現在の方向で観測した位置ずれを計算し、最後に現在の観測方向に対して垂直な面内での適当な移動によってファイバ終端部を再位置決めして、計算される位置ずれを最小化する。このように、この方法（ｃ）は一般的なものであり、全ての場合に役立つが、かなりの長さの時間を必要とする。例えば中心−焦点軸合わせに対しても、この方法を用いることが好適であるということは、図１５ａと１５ｂの写真にも現れている。この写真では、それぞれ、細い方のファイバと太い方のファイバの、すなわち左と右のファイバ終端部に最良の物体面位置が用いられている。
【００７８】
（ａ），（ｂ）および（ｃ）に記したような適当な方法を選択することは、もし接続すべき２本のファイバのクラッドの直径が撮像システム ６、１１によって自動的に決定できる場合は、クラッドの直径間の差によって自動的に選択される。さもなければ、利用者が、用いるべき方法を決定するための何らかのコマンドと、もし望ましくは、または利用できるのであれば、ファイバ終端部の左または右のどちらの終端の画像を軸合わせ工程に用いるかを入力すればよい。
【００７９】
上記の方法が実行される自動光ファイバ接続器のより詳細は図ｌｌａに示されている。ファイバ１３, １３'は終端領域が電極２１の点の間に位置合わせされる。この電極の点の間でファイバ終端部を加熱するために電気放電２３が発生する。電気放電の強度は電極２１間の電流の強さで制御される。レンズ７によって記号化されている光学系は、図１と比べてみて、２つの直交する方向で、２つのカメラの感光領域９上にファイバ終端部領域を描く。感光領域は例えば、ＣＣＤ素子を搭載する板である。ディジタル画像処理システム１１が備わっていて、感光領域９からの電気信号を処理する。これにより、用いているファイバ１３, １３'をモニタするとともに、ファイバの位置ぎめ装置と電極電流の大きさを制御することによって、接続の工程をモニタする。画像処理システムはモニタまたは表示素子２９に接続され、取得される２つの写真の中の１つなどの写真を示す。図に示すように、画像処理システム１１によって構成される特別のタイプの写真は、２つの直交する方向で観測した、お互いの上に位置合わせされた、ファイバ終端部間の接続する位置をも示す
図１１ｂの概略図では、自動化ファイバ接続装置の電気的な、より詳細のいくつかを表す。このように、接続装置は固定冶具または保持器３１を有していて、その中にファイバ１３、１３'の終端部分が配置され、位置合わせ工程と接続工程の間はしっかりと保持される。固定冶具は３つの直交する座標の方向に、すなわちファイバの縦方向の方向、すなわちＺ方向に平行に、およびこの方向に垂直な２つの方向、すなわちＸとＹ方向に平行に動かすことができる。固定冶具３１は、このように不図示の適当な機械的ガイドに沿って制御モータ３３によって移動する。電極２１へ、および光源１、モータ３３およびカメラ６への電線は、この図では１つしか示していないが、電子回路モジュール３５から、駆動回路３９と４１から、および電子回路モジュール３５内のビデオ・インターフェース４３から伸びている。カメラへの制御線はそれぞれのカメラに含まれている光学系の物体面を移動させるために用いられる。適当な画像信号が、ビデオ・インターフェース４３から画像処理および画像解析ユニット１１へ配信される。色々な作業工程のステップが、例えば、１つ以上の適当な電子的マイクロプロセッサを含む制御回路ユニット４５によって制御される。制御回路４５は、上に言及した作業工程のステップを行い、このように、モータ３３を動かすことによって適当な移動方向に相対的にファイバ終端部を移動させる工程を制御し、画像処理および画像解析ユニット１１へ信号を供給して、得られた色々な種類の写真の解析操作をスタートさせる。さらに、制御回路４５は融解電流を電極２１へ供給するための開始時間、およびこの電流が供給されている時間間隔と電流強度とを制御する。
【００８０】
このように、接続操作では、ファイバ１３、１３'の終端はまず固定冶具３１内に固定され、ファイバ終端部は電子回路ユニット３５によって制御された光源１、カメラ６およびモータ３３を用いて軸合わせされる。最終的には、放電が発生して、ファイバ終端部を加熱し、それによって相互に融着するように、電極２１にエネルギーを与えてファイバ終端部を接続する。
【００８１】
軸合わせ工程において唯一の物体面位置を用いるべきか、両方のファイバ終端部に対して決定される複数の物体面位置を用いるべきかの選択を行うために、制御回路ユニット４５の中のユニット１９３が備えられている。そこで、このユニットは２本のファイバ終端部の直径を入手するためのサブユニット１９４を含んでもよい。このサブユニットは例えば、手動入力によって直径を表す値を受けとってもよいし、撮像システム６に写真を取得するような命令を出し、画像ユニット１１に取得された画像からそのような値を決定するように命じるようにしてもよい。さらにユニット１９３は直径の値を比較するためのサブユニット１９５と、まさにその決定または選択をするためのサブユニット１９６を含んでもよい。
【００８２】
制御回路ユニット４５は、さらにいくつかの決定された光学設定値を用いて軸合わせをするための一般的なユニット１９７を含む。それは今度は縦方向の方向にファイバ終端部を位置付けるためのサブユニット１９８を含む。電子回路ユニット３５に含まれる、および制御回路ユニット４５と画像ユニット１１とに含まれていると特記された、例示的実施形態に含まれる他のユニットは以下に記述する。
【００８３】
さて、上記した適当な物体面位置を見出すための方法、および光ファイバの位置合わせと軸合わせのためのいろいろな方法は図１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄの簡単化したプログラムのフローチャートと、電子回路モジュール３５に含まれる対応するユニットとを参照して簡潔に論じよう。
【００８４】
図１０ａのフローチャートは自己集束位置、すなわち自己集束効果が実現され、それを２本のファイバの軸合わせのために用いる光学系の設定を見つけるために用いられる主要なステップを示す。選択された観測方向、ＸまたはＹ方向は、工程の全てのステップにおいて用いられる。第１のステップ２０１では、端部が固定冶具３１に保持、固定された２本のファイバが粗く予備軸合わせされる。予備軸合わせステップは手動で行うか、或は、図１１ｂに示す画像処理および解析ユニット１１の中の適当なユニットの助けを借りて、制御回路４５の中の予備軸合わせユニット５１によって行う。このような予備軸合わせユニット５１は、カメラ６によって自動的に撮られた写真によってガイドされて、画像ユニット１１の不図示の適当なユニットによって解析されて、固定冶具３１を移動させるためにモータまたは複数のモータ３３を制御する。そこでユニット５１は、また、適当な命令をビデオ・インターフェース４３および画像ユニットへ送る。
【００８５】
次に、自己集束位置を探すための領域を見つけるための第１の副手続きに入ることによって、所望の設定を見つけるための手続きをスタートさせる。これは、自己集束位置を決定するための一般的なユニット５３と、および自己集束位置が位置していると期待できる、物体面１５の設定のための領域を最初に見つけるための第１の副手続きを行うための、その中のユニット５５とを稼動することによってなされる。図１２ａを参照して判るように、これらのユニットは制御回路ユニット４５内に含まれる。第１に、ステップ２０３では撮像システム６を適当な、スタート位置とも呼ばれるが、初期位置に設定する。この場合は、光学系７の物体面１５は、撮像システムに向かい合うファイバの側面の近くに置かれる。この側面は直近側面と呼ばれる。これは、適当な信号を例えば駆動回路４１を通して光学系７へ送り、必要な場合には、所望の直近位置が達成されたことをチェックするためにビデオ・インターフェース４３と画像ユニット１１へも送る、対応するユニット５７によって行うことができる。次に、選択された方向で観測した、保持された、第１のファイバ終端部の設定手続きがステップ２０５にてスタートし、これは２つの隣接したファイバ終端部の写真を撮るユニット５９にて行われる。ユニット５９は、次に、ビデオ・インターフェース４３に命令して、取得された写真が画像処理および解析ユニット１１によって受け取られる。次のステップ２０７では、取得された写真の中の第１のファイバ終端部の画像に対する強度分布の中央ピーク構造の、上記したような相対高さまたは全コントラスト値である高さＨ１が決定される。これは取得された画像の中の選択されたファイバ終端部の画像から強度分布を得るように画像ユニット１１の中のユニット６３に命令し、強度分布から値Ｈ１を決定するようにユニット６５に命令を出すユニット６１によって行われる。
【００８６】
次に、決定された値Ｈ１が、その画像から強度分布と値Ｈ１が導出されたファイバ終端部をもつ該ファイバが属するファイバのタイプにとって妥当な閾値Ｈ１ｈｉｇｈ以上であるがどうかを決める。これはステップ２０９の中で比較器ユニット６７によって行われる。このユニットは、メモリ７１のメモリ場所６９に蓄えられた色々なタイプのファイバに関するパラメータの表から閾値Ｈ１ｈｉｇｈとして採られた値を用いる。現行のファイバ終端部を持つファイバが属するタイプは、図１１ｂのメモリ場所７３に記憶されている。比較の結果が否定的であれば、ステップ２１１が行われるが、そこでは光学系７の物体面１５は、所定のステップまたは所定の長さを持つステップだけ、選ばれた観測方向で、ファイバから離れるように移動する。ユニット７５は、そのとき、撮像システム６に光学系の設定をメモリ場所７７からとられた長さｓ１の１ステップだけ変えるように命令を送る。そこでステップ２０５，２０７および２０９が再び行われ、それぞれのユニットで実行される。
【００８７】
ステップ２０９にて高さＨ１が条件を満たしていることが決まると第１の副手続きは終了し、制御回路ユニット４５の中のユニット５３に含まれるユニット７９を活性化することによって第２の副手続きに入る。次に、ステップ２１３が行われる。ここでは第１のファイバ終端部の画像に対する強度分布の中央ピークの幅Ｗ１が決定される。これはユニット７９の中のユニット８１が画像ユニット１１の中のユニット８３に、ユニット６３によってすでに決定された強度分布を処理するように命令を出すことによって制御される。次に、ステップ２１５では決定された幅が十分に小さいかどうか、すなわちファイバのタイプによって特徴的な値Ｗ１ｍｉｍからのずれが所定の偏差値δ１より小さいかどうかが決定される。比較操作は、制御ユニット４５内の比較器８５にて実行される。この制御ユニットは、値Ｗ１ｍｉｎとδｌを所定の最大偏差値を記憶するための、それぞれ、メモリ位置６９とメモリ位置８７の表からとってくる。
【００８８】
決定された幅Ｗ１が十分に小さくはない場合は、ステップ２１７にて、撮像システムの設定を所定の量だけ変化させる。すなわち、物体面１５を所定のステップｓ２だけ、すなわち所定の長さｓ２を持つステップだけ移動するように光学系７の調整がなされる。この移動は、第１の副手続きを離れた後、すなわち条件が満たされてステップ２０９の後に、見つけられた物体面の新たなスタート位置からスタートしてこの位置の回りをぐるぐる前後に行われる。実際には、この設定変化は次のようになされる。
１．  例えば選択されたファイバ終端部から離れるように、方向を選択する。
２．  物体面１５を、選択した方向に、移動ステップｓ２だけ移動させる。
３．  選択されたファイバ終端部の写真を撮り、Ｗ１を決定するステップを続ける。
４．  決定されたＷ１の値が増加する傾向を持つ場合は、上に決定された新しいスタート位置に戻って、方向を反対方向に、例えば選択されたファイバ終端部の方へ近づく方向に、変える。
５．  ステップ２−４を再び行う。
【００８９】
移動ステップを変えるのは、メモリ場所７７からステップ長さに当たる値ｓ２を取り出すユニット８９からの命令による。移動ステップの長さｓ２は前の副手続きにおいて用いた移動ステップの長さｓ１よりも小さいこと、およびさらに大幅に小さいことが好適である。ステップ２１９では、ユニット９１による命令により、選択された観測方向で写真が再び取得される。次に、ステップ２１３が再び行われる。
【００９０】
ステップ２１５にて幅Ｗ１が十分に小さいと決定されると、物体面１５の自己集束位置に到達し、第２の副手続きは終了となる。ステップ２２１にて光学系７の現在の設定を記憶する。これはユニット９３が、設定を表す値を、選択されたファイバ終端部に関するメモリ場所９５内に記憶することによって実行される。次に、強度分布の中央ピーク構造の中心の位置、または代わりに、中央ピーク構造における最大値をとる位置のような何か等価な量をステップ２２３において決定する。このステップの実行は、画像ユニット１１内の、必要な計算を行うユニット９９に命令を送るユニット９７によって制御できる。例えば、上記したような強度分布の導関数を用いる方法を用いることができる。しかしながらこの方法は、強度分布の中心ピークの両脇が位置する領域において十分な数の画素が存在ことを必要とする。もし両脇が急峻すぎると導関数を満足すべき精度で決定することはできない。その場合は、物体面１５を自己集束のために見つけられた位置から少し、例えば、ある所定の移動ステップだけ、すなわちある所定の長さを持つ移動ステップだけ、２つの反対の方向の中の任意の１方向に移動することができる。必要な場合には、中心ピークの中心は、図９を参照して記述したような考慮中のファイバ終端部に垂直な異なる平行線からとられた、および／または見つけられた最適位置の周りの、物体面１５の数個の異なる位置に対する複数の強度分布から決めてもよい。
【００９１】
１枚の取得された写真または複数の取得された写真の中の選択されたファイバ終端部の画像の中の、中央ピークの位置を決定するステップは図１０ｂのフローチャートに示されている。
【００９２】
第１のファイバ終端部の画像から得られた強度分布における中央ピークの位置がステップ２２３で決定された後に、ステップ２２５では、同じ手続き、すなわちステップ２０３−２２３が同じ写真の中に見える他のファイバ終端部に対して繰り返される。これは、画像を解析中の、または解析すべき現在のファイバ終端部の印を記憶しているメモリ場所１０３を用いて、左のファイバ終端部か右のファイバ終端部かのようなファイバ終端部を選択するためのユニット１０１によって制御できる。最後のステップ２２７では、モータ３３の少なくとも１つを活性化して、固定冶具３１によって保持されたファイバ終端部を、選択された観測方向に垂直な面内で、２本のファイバ終端部の写真の中の、中央ピークの中心の決定位置から、決定された移動ステップまたは距離だけ動かして、中央ピークを相互に軸合わせする。これにより、実際には、選択された観測方向で見た、ファイバのクラッド１４の軸合わせを実現するところの、所望の「中心−焦点」軸合わせを達成したことになる。代わりに、移動操作の中で、ファイバ終端部を、選択された観測方向で観測しながら、お互いに所望の距離ＤＸｄｅｓ、ＤＹｄｅｓだけ離れて配置する。移動のステップ２２７は制御ユニット４５内のユニット１０５によって実行され制御される。このユニットは、今度は、選択された観測方向に垂直な面内で見た２本のファイバ終端部間の位置ずれを決定するためにユニット１０６を用いることができる。このユニットは、例えば、ユニット９９によって計算されたように、ステップ２２３にて決定された位置の間の差を計算する。
【００９３】
つぎに、図１０ａに示したものと同じ手続きのステップが他の観測方向に対して行われる。これは、写真を解析している、または解析すべきである現在の観測方向の印を記憶するためのメモリ場所１０９を用いて、水平観測方向か垂直観測方向か、または前方からの観測方向か後方からの観測方向か、のような観測方向を選択するためのユニット１０７によって制御される。
【００９４】
取得された写真の中のファイバ終端部の画像から得られた強度分布における中央ピークの位置、すなわちその中心の、または最大値をとる位置の何かの指標を決定するために、ステップ２２３に対して上記したように、「デフォーカス」操作を含めることによって、図１０ｂに示されるような手続きが実行される。上に仮定したように、観測方向は選択されている。第１のステップ３０１では、光学系７の物体面１５を移動させる方向が選択される。この方向は考慮中のファイバ終端部から離れる方向か、向かう方向かである。次のステップ３０３では、前に取得された写真の中の、選択されたファイバ終端部の画像の中の第１の線に沿って、強度分布が測定される。次にステップ３０５では強度の導関数が決定され、図７とこの図に言及している上記の記述を参照して、中央ピークの両脇を示す導関数中の正および負のピークをステップ３０７において決める。この決定は、これらのピークの領域を決めること、および特にその領域のそれぞれにおいて画素の数、すなわち強度分布関数の点または離散的な独立変数の数を決めることを含んでいる。ステップ３０９を参照のこと。次に、ステップ３１１では、これらの決定された数が十分であるかどうか、すなわち、その数が、後のステップで、正負のステップの極値がとる位置を満足すべく決定するための所定の数ｐ以上であるかどうか質問される。その数が十分でないときはステップ３１３が行われる。そこでは選択された方向でのデフォーカスが遠すぎたかどうか、すなわち、選択された方向における移動ステップの数が所定の値ｄ以上であるかどうかについて質問される。これが真のときは、選択される方向をステップ３１５で変更し、ステップ３１７で物体面をスタート位置へ移動させる。このステップの後で、また選択された方向での移動ステップが多すぎることはなかった場合にはステップ３１３の後で、ステップ３１９の手続きにて、長さｓ３を有する移動ステップだけ、選択された方向に、光学系７の物体面１５を移動させる。これが「デフォーカス」ステップである。次のステップ３２１では写真が取得され、その後、ステップ３０３が再び行われる。
【００９５】
ステップ３１１にて画素の数が十分であると決定されたときには、ステップ３２３が行われ、そこでは極値、または代わりに導関数における正と負のピークの中心の位置が決定される。強度分布における中央ピークの中心または実際の最大値の位置の指標が、ステップ３２５において、前のステップにおいて決定した位置の平均をとることによって決定される。任意選択のステップ３２７では、十分な数の強度分布が決定できず解析できなかった場合は、取得された写真の中の別の線に沿って強度分布が決定される。そのときは、以前に行ったように、この強度分布の導関数がステップ３２９にて決定され、ステップ３３１では導関数の中の正と負のピークが位置づけられ、次にステップ３２３を再び行う。十分な数の平行な線に沿っての強度分布が解析され、ステップ３２７で決定したように、最後に取得された写真の中の、考慮中のファイバ終端部の画像の中の、中央ピークの正確な位置が、最後のステップ３３３で何か適当な方法で決定される。その方法は、例えば、ステップ３２５にて決定された平均値の平均を計算するような方法、或は軸合わせ工程に適したより正確な指標を得るために、決定された平均値を１つの直線に、上に論じた直線回帰フィッティングを行い、ピークの位置をこの直線が接続面にぶつかる点であるとする方法である。ここで、接続面は一般に、保持されたファイバ終端部の縦方向に垂直な面で、電極２１の点を通って伸びている面であり、取得された写真では垂直な線として識別される。
【００９６】
図１０ａを参照して記述したステップ２２７の手続きは、図１０ｃのフローチャートの各ステップに示されているような「縦続」様式であり、図１１ｂと１２ｂに示された各ユニットを用いて行ってもよい。ユニット１２１によって実行され、制御される第１のステップ４０１では、ファイバ終端部は、選択された観測方向に垂直な面内で、お互いが十分離れるような距離に相対的に動かされる。次に、機械的な遊びを吸収するために反対方向に動かされる。例えば、もし機械的な遊びがＰであり、選択された観測方向における所望の位置ずれがδｄｅｓに等しいとすると、ファイバ終端部は、相対的に、近似的軸合わせまたは予備軸合わせの位置から、少なくとも（Ｐ＋δｄｅｓ＋ｒ）の距離を、相互に離れるように動き、次に反対方向に距離Ｐだけ動かねばならない。ここでｒは小さい所定の量である。
【００９７】
撮像システムまたはカメラ６の光学系７は、ステップ４０３にて、２本のファイバ終端部の第１のファイバ終端部の写真を取るために、例えば、メモリセル９５、または今後記述されるようなメモリセル１８３の１つから設定に関する情報を取りに行くことによって設定される。このステップはユニット１２２によって実行できる。次のステップ４０５では、ユニット１２３によって命令されて写真が撮られる。取得された写真の中の考慮しているファイバ終端部の画像の中の中央ピークの中心の位置、あるいは中央ピークの最大値が位置する位置、または取得された写真の中の終端表面の位置のような基準位置はステップ４０７にて決定される。このステップは、ユニット１２７によって活性化され制御される。ユニット１２７は、画像ユニット１１の中のユニット１２９の中の適当なユニットに、例えば中央ピークの位置を決定するために上記したユニット９９を活性化することによって、または中央ピークが最大値をとる位置を決定するためにユニット１３１のような他のユニットを活性化して、または第１のファイバ終端部の画像の中の終端表面の位置を決定するためにユニット１３２を活性化することによって、基準位置を決定するように命令を出す。ユニット１３１は、例えば、上記したカイ自乗フィッティング方法を用いてもよい。次のステップ４０９、４１１および４１３では、第２のファイバ終端部に対して３つの先行するステップ４０３、４０５および４０７を繰り返す。これは３つの先行するステップに対して記述されたのと同じユニットで実行でき、画像を処理すべきファイバ終端部を選択するためのユニット１３３で制御される。ユニット１３３は例えばメモリセル１０３を用いる。
【００９８】
２回のステップ４１３を行うことによって２本のファイバ終端部の画像の中の基準位置が決定された後、画像の中の決定された基準位置の間の位置ずれまたは距離ΔＸ、ΔＹまたはΔＺがステップ４１５にて決定される。これはユニット１２９の中で実行される。次のステップ４１７では、決定された位置ずれが所望の位置ずれまたは距離の値ΔＸｄｅｓ、ΔＹｄｅｓ、またはΔＺｄｅｓにそれぞれ十分に等しいかどうか、それからの偏差が高々δ４またはδ５の程度であるかどうか質問される。写真から得られたこの所望の位置ずれまたは距離の値は実際の機械的な所望の位置ずれまたは距離の値ＤＸｄｅｓ、ＤＹｄｅｓ、またはＤＺｄｅｓに対応する。このステップはメモリ場所８７からとった最大偏差値δ４、δ５を用いて比較器１３１の中で実行することができる。比較操作の結果が、位置ずれまたは距離が所望の値に十分に近いということであれば、手続きは終了する。そうでなければ、相互の関係においてファイバ終端部を機械的に動かすための対応する距離がステップ４１９にて計算される。このステップはカメラ６の倍率の値を用いてユニット１３３の中で実行される。計算された距離は、次のステップ４２１である係数だけ低減される。このステップでは、ユニット１３５が、異なる距離に対して用いるべき係数が記憶されたメモリ１３７、たぶん表、から係数を取り出す。次にステップ４２３では、ファイバ終端部は、選択され考慮中の観測方向に垂直な面内で、低減して計算されたステップに等しい距離または移動ステップだけ、遊びを吸収するために用いられたステップ４０１の最後の部分と同じ方向に、相互の関係において動かされる。これはユニット１３９によって制御される。次に、ステップ４０３から始めて、撮られた写真から決定された位置ずれが所望値に十分に等しくなったということがステップ４１７にて決定されるまで手続きを繰り返すことを続ける手続きを再び行う。
【００９９】
明らかに、取得された写真から直接得られた位置ずれまたは距離ΔＸ、ΔＹまたはΔＺとステップ４１７の比較操作のための対応する所望の位置ずれまたは距離の値ΔＸｄｅｓ、ΔＹｄｅｓ、またはΔＺｄｅｓを用いる代わりに、対応する機械的位置ずれまたは距離ＤＸ、ＤＹまたはＤＺおよび所望の機械的位置ずれまたは距離ＤＸｄｅｓ、ＤＹｄｅｓ、またはＤＺｄｅｓを用いることができ、これはステップ４１９にて行ったような計算を必要とする。
【０１００】
さて、コア軸あわせ方法を図１Ｏｄのフローチャートと図１１ｂと１２ｃに示したユニットを参照して簡潔に記述しよう。この方法の手続き上のステップは、コア軸合わせユニット１５１によって制御される。第１のステップ５０１では、２本のファイバ終端部が予備軸合わせされる。これは、例えばユニット５１、または中心−焦点方法を実行するためのユニット１４１によって実行される。ユニット１４１は、例えば、この方法を実行するための、上記の色々なユニットを含んでいる。最良の物体面位置がユニット１５３によって決定される。
【０１０１】
次に、次に物体面１５の最良の可能位置を探すための適当な範囲を、またはそこから、またはその周りで物体面１５の最良の可能位置を次に探すための適当な第１の位置を決定するための副手続きをスタートする。これはユニット１５５によって制御される。第２のステップ５０３では、選択された観測方向に対して、撮像システム６は、物体面１５がファイバ終端部から十分遠くになるように、すなわちそれから比較的大きな距離で、または遠くの位置に設定される。これは、適当な命令を撮像システム６に送るユニット１５７によって実行される。次のステップ５０５では、ユニット１５９による命令によって、選択された観測方向の写真が取得される。ステップ５０７では、２本の保持されたファイバ終端部の中の選択された方の値Ｈ１が、ステップ２０７に対して上記したのと同様に、決定される。ユニット１６１は制御信号を、取得された画像の中の選択されたファイバ終端部の画像から強度分布を決定するためのユニット６３に、またＨ１を決定するユニット６５に送ることによって、値Ｈ１の決定を制御する。代わりに、ユニット１６１は、ここに記述した多くの他のユニットと同様に、それ自身に、Ｈ１の決定に含まれる前記の２つのステップのような基礎的なステップの１つ以上を行うための、不図示のサブユニットを含んでもよい。ステップ５０９において、決定された値Ｈ１は閾値Ｈ１ｔｈと比較される。このステップは、メモリ場所６９に記憶された表の中にそれぞれのタイプのファイバに対する値Ｈ１ｔｈを見つけて、比較器１６３によって実行される。比較の結果が決定された値Ｈ１が閾値よりも大きいということであれば、ステップ５１１が行われ、そこでは撮像システム６の物体面１５は、選択された観測方向において、所定の移動ステップｓ４だけ、すなわち所定の長さｓ４をもつ移動ステップだけ、ファイバ終端部のほうへ移動する。このステップは、メモリ場所７７からｓ４の値にアクセスする、対応するユニット１６５によって実行される。ステップ５０９において決定された値Ｈ１が所定の閾値Ｈ１ｔｈ以下であることが決定された場合は、適当な範囲または領域または第１の位置を見つけるための副手続きは終了する。
【０１０２】
次に、コア１４'によって生成される画像を得るための最良の物体面位置を見つけるための他の副手続きに入る。これは、ユニット１６７によって実行される。選択されたファイバ終端部の取得された写真および画像に対して、値Ｈ２がユニット１６９によって制御されたステップ５１３において決定される。このユニットは、ユニット６３に強度分布を決定するように、またユニット１７１に強度分布から値Ｈ２を決定するように命令を出す。次のステップ５１５では、決定された値Ｈ２が十分に高いかどうか、すなわち、仮定された最大値Ｈ２ｍａｘからの偏差が多くても量δ２の程度かどうかについて質問される。これは比較器１７３の中で実行される。比較器はメモリ場所６９に記憶された表から最大値Ｈ２ｍａｘを、メモリ場所８７から偏差値δ２を取ってくる。ステップ５１５において、値Ｈ２が十分には高くないことが決定されると、ステップ５１７が行われ、そこでは光学系７の物体面１５が、第１の副手続きを出て第２の副手続きに入るときの位置、すなわちステップ５１３に入る時の物体面の位置の周りで、図１０ａにおいてステップ２１７に対して上記したのと同様に、前後に動かされる。移動は所定の長さｓ５の移動ステップでなされる。この長さは、ブロック５１１において最良の物体面位置を見つけるための副手続きに対する出発位置を探す工程において用いられた所定の移動ステップの長さｓ４よりも小さいこと、できればはるかに小さいことが好適である。移動はユニット１７７によって制御されるが、このユニットは、メモリ場所７７から移動ステップの長さｓ５をとってきて、適当な命令を撮像システム６に送る。次に、ステップ５１９にて選択された観測方向で写真を撮るが、このステップは、ユニット１７９によって制御される。次に、ステップ５１３から始まる第２の副手続きが再び行われる。ステップ５１５で値Ｈ２が十分に大きいということが決定されると、この副手続きは終了する。
【０１０３】
ここで、光学系７の実際の設定は、ステップ５２１において記憶される。このステップは２つのメモリ場所１８３のそれぞれ１つに設定を記憶するようにユニット１８１によって命じられて行う。次に、中央ピーク構造の中の中央ピークの中心の、或は最大値の位置または強度分布における何か等価な量がステップ５２３にて決定される。このステップの実行はユニット１８５によって制御されるが、このユニットは必要な計算を行う基準位置決定ユニット１２９の中に含まれるあるユニットへ命令を送る。必要な場合は、中央ピークの中心は、図９と１０ｂを参照して記したように、考慮中のファイバ終端部に垂直な、いろいろな平行線からとった複数の強度分布から決定してもよい。
【０１０４】
選択されたファイバ終端部の画像の中の中央ピークの位置がステップ５２３にて決定された後に、ステップ５２５にて、同じ選択された観測方向に対して、同じ写真の中に見える２本のファイバ終端部の中の、他のファイバ終端部に対してステップ５０１−５２３を含む全体の手続きが繰り返される。これは、画像を解析中の、または解析すべき現在のファイバ終端部の印を記憶するためのメモリ場所１０３を用いて、左または右のファイバ終端部のようなどちらかのファイバ終端部を選択するためのユニット１８７によって制御される。最後のステップ５２７においては、固定冶具３１によって保持されたファイバ終端部が、モータ３３の少なくとも１つを活性化することによって、選択された観測方向に垂直な面内で、２本のファイバ終端部の画像の中の中央ピークの決定された位置から、決定された距離だけ、相互に、中央ピークを軸合わせするために、相互関係において移動する。これによって選択された観測方向において見られる所望のコアの軸合わせ、すなわちコアを相互の所望の距離に配置することを達成することになる。このステップは、例えば、図１０ｃに示した「縦続方法」を用いて、ユニット１８９によって実行することができる。一般に,該ユニットは選択された観測方向に垂直な面内で見られる２本のファイバ終端部の間の位置ずれを決定するためのユニット１９１を用いることができ、このユニットは例えば、ユニット９９によって計算され、ステップ５２３によって決定された位置の間の差を計算するものである。
【０１０５】
つぎに、図１０ａに関して、図１０ｄに示したものと同じ手続き上のステップが他の観測方向に対して行われる。これは現在の観測方向の印が記憶されているメモリ場所１０９を用いて、観測方向を選択するためのユニット１０７によって制御される。
【０１０６】
図１１ｂと１２ａ、１２ｂ、および１２ｃには、ここに開示された手続きの色々な仕事およびステップを実行するためのユニットおよびサブユニット、およびそれらの組織と相互関係の特定の例が与えられている。しかしながら、当業者には明らかなように、該手続きを実行するのに必要なユニットおよびサブユニットは複数の代替法、等価な方法に設計、組織化、および関連付けを行ってもよく、それ故、仕事とステップの集合は複数のユニットおよび／またはサブユニットによって実行される代わりに、単一のユニットまたはサブユニットによって実行されてもよいし、またはここに記述したものとは異なる複数のユニットおよび／またはサブユニットによって実行してもよい。また特別の仕事またはステップのためのユニットまたはサブユニットはここに記述したものとは異なるユニットおよび／またはサブユニットに含まれてもよい。また仕事とステップのいくつかの実行は単一のユニットまたはサブユニットで実行するのではなく、複数のユニットおよびサブユニットに分けてもよい。特に、基本ユニット、すなわち前記の図に示され、記述された手続きの中の小さな基本のステップだけを行うユニットは全て、複数の 基本ステップを含む工程を実行する色々な主なユニット内にではなく、電子回路ユニット３５の中に含まれているだけと考えることもできる。
ここに本発明の特定の実施形態を示し記述してきたが、多くの付加的な利点と改良と変形が当業者には容易に思い浮かぶであろうことが理解される。それ故、より広い側面において、本発明はここに示し記述した特定の詳細、代表的な装置および示された例には限定されるものではない。したがって、付属の請求項およびその等価なものによって規定される一般的な発明の概念の精神または技術範囲から逸脱することなしに色々な改良がなされてもよい。それ故に、付属の請求項は、本発明の真の精神と技術範囲の範囲内に入る、そのような改良と変形の全てをカバーするように意図されているものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
本発明の新規な特徴は、具体的には付属の請求項で述べられているが、付属の図面を参照しながら以下に示される非制限的実施形態の以下の詳しい記述を考察することにより、組み立てと内容の双方に関して、および上記の、および他の特徴に関しての本発明の完全な理解と、本発明のよりよき評価が得られるであろう。
【図１】図１は、ファイバ接続器の中に含まれている光ファイバの写真を捉えるための撮像システムのいくつかの主な部品を概略的に示す図である。
【図２】図２は、ファイバ接続器の撮像システムを用いて撮ったＳＭＦの典型的な写真である。
【図３】図３は、図２から抽出した光強度分布の図である。
【図４】図４は、光がＳＭＦを通過するときの光線追跡シミュレーションの図である。
【図５ａ】図５ａは、ファイバ接続器の撮像システムを用いて、円形４００μｍのＬＭＡ−ＤＣＦの自己集束化面で撮った写真である。
【図５ｂ】図５ｂは、ファイバ接続器の撮像システムを用いて、８角形４００μｍのＬＭＡ−ＤＣＦの自己集束化面で撮った写真である。
【図６】図６は、図５ａから抽出した光強度分布のグラフである。
【図７】図７は、図６の切頭型ガウス分布の１次導関数の図である。
【図８】図８は、４００μｍの８角形ＬＭＡ−ＤＣＦに対して決定された光強度分布の図である。
【図９】図９はコアの位置ずれを決定する原理を示す概略図である。
【図１０ａ】図１０ａは、自己集束効果に基づく光ファイバ終端部のための軸合わせ工程のフローチャートである。
【図１０ｂ】図１０ｂは、自己集束効果を用いて撮られた光ファイバ終端部の写真における中心線の位置を決定するための工程のフローチャートである。
【図１０ｃ】図１０ｃは、自己集束効果に基づいて縦続方法を用いて光ファイバ終端部の軸合わせ工程を行うフローチャートである。
【図１０ｄ】図１０ｄは、終端のコアを示す写真に基づいて光ファイバ終端部の軸合わせ工程を行うフローチャートである。
【図１１ａ】図１１ａは、撮像システムの主たる部品が描かれているファイバ接続器の概略図である。
【図１１ｂ】図１１ｂは、主な電気的部品も描かれているファイバ接続器の概略図である。
【図１２ａ】図１２ａは、中心−焦点法を用いた軸合わせユニットのブロック図である。
【図１２ｂ】図１２ｂは、縦続方法を用いた軸合わせユニットのブロック図である。
【図１２ｃ】図１２ｃは、コア軸あわせ方法を用いた軸合わせユニットのブロック図である。
【図１３ａ】図１３ａは、中心−焦点軸合わせ操作を行うために、左のファイバ終端部に対する撮像システムの最良の設定を用いて、ファイバ接続器の撮像システムによって取得された、相互に接続すべき２本のファイバ終端部の写真あるいは描画である。
【図１３ｂ】図１３ｂは、コア軸あわせ操作を行うために、左のファイバ終端部に対する撮像システムの最良の設定を用いて、ファイバ接続器の撮像システムによって取得された、相互に接続すべき２本のファイバ終端部の写真あるいは描画である。
【図１４ａ】図１４ａは、コア軸あわせ操作を行うために左の、細いファイバ終端部に対する撮像システムの最良の設定を用いて、ファイバ接続器の撮像システムによって取得された、相互に接続すべき２本の、直径の異なる光ファイバの終端の写真あるいは描画である。
【図１４ｂ】図１４ｂは、コア軸あわせ操作を行うために、右の、太い終端に対する撮像システムの最良の設定を用いた、図１４ａと同様の写真あるいは描画である。
【図１５ａ】図１５ａは、中心−焦点方法を用いた軸合わせ操作を行うために、左の、細いファイバ終端部に対する撮像システムの最良の設定を用いて、ファイバ接続器の撮像システムによって取得された、相互に接続すべき２本の、直径の異なる光ファイバの終端の写真あるいは描画である。
【図１５ｂ】図１５ｂは、中心−焦点方法を用いて軸合わせ操作を行うために、右の、太い終端に対する撮像システムの最良の設定を用いた、図１５ａと同様の写真あるいは描画である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図２】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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