(57)【要約】【課題】光ファイバの接続損失最小点を自動で判定することのできる光ファイバの接続損失低減方法および接続損失低減装置を提供することを目的とする。【解決手段】融着接続した光ファイバの融着点またはその近傍を加熱手段にて加熱するステップと、光ファイバの損失を表わす物理量をモニタするステップと、モニタして得られた測定値から光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする判断ステップと、加熱処理終了時に加熱停止または加熱条件を変更するステップとを有する光ファイバの接続損失低減方法である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融着接続した光ファイバの融着点またはその近傍を加熱手段にて加熱するステップと、前記光ファイバの損失を表わす物理量をモニタするステップと、モニタして得られた測定値から前記光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする判断ステップと、加熱処理終了時に加熱停止または加熱条件を変更するステップとを有する光ファイバの接続損失低減方法。
【請求項２】
前記判断ステップは、加熱開始からの経過時間である加熱時間、前記測定値の時間当り変化量、前記測定値の２階微分値の内少なくとも２以上の値に基づいて、前記光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続損失低減方法。
【請求項３】
前記判断ステップは、加熱開始からの経過時間である加熱時間、前記測定値の時間当り変化量、前記測定値の２階微分値を項目とするメンバシップ関数の内少なくとも２以上のメンバシップ関数の値に基づいてファジイ演算を行って、前記光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続損失低減方法。
【請求項４】
前記ファジイ演算の結果である適合度が、９０％以上となったときに前記光ファイバの損失が最小となるタイミングであると判断することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの接続損失低減方法。
【請求項５】
前記光ファイバの損失を表わす物理量は、パワーメータまたはＯＴＤＲを用いて測定することを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１の請求項に記載の光ファイバの接続損失低減方法。
【請求項６】
前記加熱手段は、マイクロバーナまたは電熱ヒータであることを特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１の請求項に記載の光ファイバの接続損失低減方法。
【請求項７】
融着接続した光ファイバの融着点またはその近傍を加熱する加熱手段と、前記光ファイバの損失を表わす物理量をモニタする測定手段と、モニタして得られた測定値から前記光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする判断手段と、加熱処理終了時に加熱停止または加熱条件を変更する変更手段とを有する光ファイバの接続損失低減装置。
【請求項８】
前記判断手段は、加熱開始からの経過時間である加熱時間、前記測定値の時間当り変化量、前記測定値の２階微分値の内少なくとも２以上の値に基づいて、前記光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする機能を備えたことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの接続損失低減装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の光ファイバの接続損失低減装置を備えたことを特徴とする光ファイバ融着器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバの接続方法に関し、特に融着接続において接続損失の最小点を自動で判定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信では、部品系、線路系のファイバを問わず、さまざまなモードフィールド径（ＭＦＤ）をもつ光ファイバが用いられている。それらのファイバを接続する際、特に異なるＭＦＤをもつ光ファイバを融着接続する際には、融着接続点またはその近傍をマイクロバーナやヒータで加熱し、異種ファイバ間のＭＦＤをマッチングさせることで接続損失を低減させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、接続損失を最小とするため、接続したファイバの損失をリアルタイムで測定しながら加熱処理を行う方法が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００４】
図８は、加熱処理中の接続損失の変化を模式的に示す図である。図８は、特許文献２に記載された図に基づいて作成している。図８に示すように、接続損失は、加熱処理開始後に減少を始めて、ある時点で最小となる最小点をもつ。従って、接続損失が最小点近傍になるまで加熱してＭＦＤをマッチングさせることが理想的である。
【０００５】
従来の光ファイバの接続作業においては、作業者がＯＴＤＲ、レーザ光源等を使用して加熱処理中の光ファイバの損失を測定し、あるいは監視装置を用いて接続部近傍の光ファイバの状態を監視することで、加熱処理状態を推定していた。そして、所定の接続損失が得られるように作業者が光ファイバの加熱終了タイミングを判断していた。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２５３０８２３号明細書
【０００７】
【特許文献２】
特許第２８０４３５５号明細書
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−１１６９４９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、作業者に加熱終了の適切なタイミング（損失最小点）を判断させる作業形態では、個人差により光ファイバの接続損失にバラツキが生じてしまう。また、作業者は加熱処理中には監視を継続する必要があるため、その作業から離れることができず、そのため複数の接続作業を同時に担当することは困難で、作業効率が良くないという問題があった。
【００１０】
従って、加熱処理作業を自動化することが望まれるが、そのためには、損失最小点の判定を自動化することが必要である。ところで、上述の特許文献２、３によれば、加熱開始からの光ファイバ損失の低下量、または加熱時間をパラメータとして判断すれば自動で損失最小点を判定することができるとも考えられる。
【００１１】
図９は、加熱処理中の接続損失の変化を実測した図である。図９の（１）、（２）に示すように、接続損失の変化を示す曲線は常に同一ではなく、初期値、曲線の形状ともにバラツいていることがわかる。
【００１２】
初期値となる融着接続時の損失のバラツキは、例えばＤＣＦ（分散補償ファイバ）−標準ＳＭＦ（シングルモードファイバ）の場合で０．２〜１ｄＢ程度にもなる。従って、損失の低下量に基づいて損失最小点を判定しようとしても、光ファイバを接続するごとに初期の接続損失が異なるため、接続損失を最小とすることは難しかった。
【００１３】
また、加熱時間で管理しようとしても、ファイバの製造ロットが異なることで、例えば外径の変動あるいは加熱装置への位置決めのバラツキによる加熱状態の変動等により、加熱開始から最小損失点に達するまでの時間には、数十秒から数百秒の時間ずれが発生する。従って、加熱時間に基づいて損失最小点を判断しようとしても、必ずしも接続損失を最小とできるわけではなかった。
【００１４】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバの接続損失最小点を自動で判定することのできる光ファイバの接続損失低減方法および接続損失低減装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために、本発明の第１の局面に係る光ファイバの接続損失低減方法は、融着接続した光ファイバの融着点またはその近傍を加熱手段にて加熱するステップと、光ファイバの損失を表わす物理量をモニタするステップと、モニタして得られた測定値から光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする判断ステップと、加熱処理終了時に加熱停止または加熱条件を変更するステップとを有する。
【００１６】
ここで、「光ファイバの損失を表わす物理量」とは、光ファイバの損失の変化に対応して変化する物理量のことをいう。
【００１７】
また本発明の他の局面に係る光ファイバの接続損失低減方法は、上記記載の接続損失低減方法において、判断ステップは、加熱開始からの経過時間である加熱時間、測定値の時間当り変化量、測定値の２階微分値の内少なくとも２以上の値に基づいて、光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする。
【００１８】
ここで、「測定値の微分」とは、一般に測定データに基づいて公知の数学的手法を用いて微分値を求めることを意味する。例えば、測定データを演算して微分値を求めること、即ち単位時間当りの測定データの変化量を数値演算によって求めること等を含んでいる。
【００１９】
また本発明の他の局面に係る光ファイバの接続損失低減方法は、上記記載の接続損失低減方法において、判断ステップは、加熱開始からの経過時間である加熱時間、測定値の時間当り変化量、測定値の２階微分値を項目とするメンバシップ関数の内少なくとも２以上のメンバシップ関数の値に基づいてファジイ演算を行って、光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする。
【００２０】
また本発明の他の局面に係る光ファイバの接続損失低減方法は、上記記載の接続損失低減方法において、ファジイ演算の結果である適合度が、９０％以上となったときに光ファイバの損失が最小となるタイミングであると判断する。
【００２１】
また本発明の他の局面に係る光ファイバの接続損失低減方法は、上記記載の接続損失低減方法において、光ファイバの損失を表わす物理量は、パワーメータまたはＯＴＤＲを用いて測定する。
【００２２】
また本発明の他の局面に係る光ファイバの接続損失低減方法は、上記記載の接続損失低減方法において、加熱手段は、マイクロバーナまたは電熱ヒータである。
【００２３】
また本発明の他の局面に係る光ファイバの接続損失低減装置は、融着接続した光ファイバの融着点またはその近傍を加熱する加熱手段と、光ファイバの損失を表わす物理量をモニタする測定手段と、モニタして得られた測定値から光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする判断手段と、加熱処理終了時に加熱停止または加熱条件を変更する変更手段とを有する。
【００２４】
また本発明の他の局面に係る光ファイバの接続損失低減装置は、上記記載の接続損失低減装置において、判断手段は、加熱開始からの経過時間である加熱時間、測定値の時間当り変化量、測定値の２階微分値の内少なくとも２以上の値に基づいて、光ファイバの損失が最小となるタイミングを判断して加熱処理終了タイミングとする機能を備えている。
【００２５】
また本発明の他の局面に係る光ファイバ融着器は、上記記載の接続損失低減装置を備えている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施の形態に係る接続損失低減装置の構成を示す図である。
【００２７】
光ファイバ１は、例えばＤＣＦ−ＳＭＦ等の異種光ファイバを融着接続したもので、接続損失低減装置は、前記光ファイバ１の融着点Ｐを含む一定領域を加熱する加熱手段２、この加熱手段２を駆動するためのアクチュエータ３、光ファイバ１の一方の端に光を投射するための光源４、他端に通過してきた光の強度を測定するためのパワーメータ５、パワーメータ５から出力される測定信号に基づいて加熱処理を制御する加熱処理コントローラ６を備えている。
【００２８】
そして、加熱処理コントローラ６には損失最小点を判定する自動判定部７が備わっている。また、接続損失低減装置には、光源４からのレーザ光を光ファイバ１に導くための導入用光ファイバ８、光ファイバ１を通過したレーザ光をパワーメータ５に導くための出力光導入用光ファイバ９が設けられている。
【００２９】
次に、第１の実施の形態に係る接続損失低減装置の動作について説明する。
図２、図３は、第１の実施の形態に係る接続損失低減装置の概略の動作を示すフロー図である。
【００３０】
先ず、融着器により接続された光ファイバ１を接続損失低減装置にセットする（Ｓ１）。即ち、光ファイバ１を接続損失低減装置の所定位置に固定するととともに、光ファイバ１の両端部をそれぞれ導入用光ファイバ８、出力光導入用光ファイバ９と接続する。
【００３１】
そして、光源４からレーザ光を出力させて接続した光ファイバ１を通過させる（Ｓ２）。光ファイバ１を通過したレーザ光の強度をパワーメータ５で測定し、適正な測定が行えるようにパワーメータ５の測定レンジ等の条件を設定する（Ｓ３）。尚、パワーメータ５の代わりにＯＴＤＲを用いても良い。
【００３２】
加熱手段２は、予め加熱可能な状態で待機している。加熱処理が開始されると、加熱処理コントローラ６からの指令に基づいてアクチュエータ３が動作し、光ファイバ１の加熱位置まで指定速度で加熱手段２を接近させる（Ｓ４）。これによって、光ファイバの融着点またはその近傍の加熱が開始する。
【００３３】
加熱処理コントローラ６の自動判定部７は、周期的にパワーメータ５で測定した加熱開始からの測定データを読込む（Ｓ５）とともに、加熱処理開始からの経過時間を計算する（Ｓ６）。
【００３４】
そして、計算した経過時間を経過時間のメンバシップ関数に入力して値を求める（Ｓ７）。図４は、経過時間のメンバシップ関数を示す図である。このメンバシップ関数は、加熱処理開始から時間Ｔ経過後に安定する（関数の値＝１）ように定義されている。
【００３５】
一方、自動判定部７は、読込んだ測定データに対して移動平均等の処理を行って平滑化してデータに含まれるノイズを除去する（Ｓ８）。そして、平滑化された測定データについて微分して傾きを算出する（Ｓ９）。
【００３６】
ここで測定データについて微分するとは、一般に測定データに基づいて公知の数学的手法を用いて微分値を求めることを意味する。例えば、測定データを演算して微分値を求めること、即ち単位時間当りの測定データの変化量を数値演算によって求めること等を含んでいる。
【００３７】
次に、算出した傾きを、傾きのメンバシップ関数に入力して値を求める（Ｓ１０）。図５は、傾きのメンバシップ関数を示す図である。このメンバシップ関数は三角形型で、傾きが０のときに関数の値が１となるように定義されている。尚、傾きのメンバシップ関数は三角形型に限らず釣鐘型、ベル型であっても良い。
【００３８】
更に、自動判定部７は、ステップＳ９で算出した傾きデータに対して移動平均等の処理を行って平滑化してノイズを除去する（Ｓ１１）。そして、平滑化された傾きデータについて微分して極（測定データの２階微分値）を算出する（Ｓ１２）。
【００３９】
次に、算出した極を、極のメンバシップ関数に入力して値を求める（Ｓ１３）。図６は、極のメンバシップ関数を示す図である。このメンバシップ関数は、極データが０以下の値のときに、関数の値が１となるように定義されている。即ち、測定データを表わす曲線が上に凸の場合に１となるように定義されている。
【００４０】
図７は、パワーメータ６から出力される測定データ信号を示す図である。測定データ信号は光強度信号であるため、図９に示す接続損失量を表わす曲線とは線対称な図形となっている。従って、損失最小点は、測定データを表わす曲線が上に凸である領域に存在することになる。
【００４１】
第１の実施の形態の判定方法はファジイ推論を用いるものである。ファジイ推論はルール型ファジイ推論として、ＩＦ、ＴＨＥＮ形式で表現でき、前件部は、｛加熱処理開始から安定するまでの時間が経過｝、｛光強度測定データの変化が少なくなってきた｝、｛光強度測定データのカーブは上に凸の形状を示している｝の３つのファジイ集合の演算（例えば、共通集合）として表現することができる。
【００４２】
尚、前件部の項目数は３であるが、この３つに限定するものではなく、これらの内から任意に選択した２つで構成しても良い。また、項目の内｛光強度測定データのカーブは上に凸の形状を示している｝については、測定データが光強度データである場合の表現である。従って、光強度データではなく接続損失量データに基づく場合は、｛接続損失量データのカーブは下に凸の形状を示している｝となる。しかしながら、このような実施の形態のバリエーションは当業者が当然にかつ容易に行いうる範囲での変形である。
【００４３】
次に、これらを項目とするメンバシップ関数値から適合度を算出する（Ｓ１４）。適合度の算出はファジイ演算によって求める。例えば、経過時間のメンバシップ関数値Ｆｔ（ｔ）、傾きのメンバシップ関数値Ｆｓ（ｓ）、極のメンバシップ関数値Ｆｐ（ｐ）を用いて、式（１）に示すＭＩＮ演算で求めても良い。
【００４４】
適合度＝ｍｉｎ｛Ｆｔ（ｔ），Ｆｓ（ｓ），Ｆｐ（ｐ）｝    …式（１）
尚、適合度はファジイ演算によって求めるのでなく、メンバシップ関数の値を用いた判定ロジックを作成してそれに基づいて求めても良い。更に、ファジイ演算と判定ロジックを組合せて求めても良い。
【００４５】
そして、求めた適合度を閾値を用いて判定する（Ｓ１５）。例えば、式（１）を用いて適合度を求めると、適合度は０〜１の範囲の値を示す。そこで、閾値を０．９０（適合度最大値の９０％）として、算出した適合度が最大値の９０％以上のときに接続損失が最小であると判断する。本実施の形態では、適合度が９０％以下では誤認識率が高くなるため、適合度が９０％以上、望ましくは適合度が９５％以上となるように閾値を定めている。
【００４６】
接続損失が最小であると判断できない場合（Ｓ１６  Ｎｏ）は、再びステップＳ５〜Ｓ１５の処理を繰り返す。接続損失が最小であると判断した場合（Ｓ１６Ｙｅｓ）、これ以上同じ条件での加熱を継続すると、かえって接続損失量の増加につながる為、加熱処理終了と判断し、例えば、加熱を停止するか、アクチュエータ３を制御し加熱手段２を遠ざけるなどして加熱条件を変更する（Ｓ１７）。
【００４７】
尚、本実施の形態では、パワーメータを用いて測定した光強度に基づいて損失最小点を判定したが、ＯＴＤＲを用いて測定した絶対損失量に基づいて損失データを作成して損失最小点を判定しても良い。
【００４８】
また、加熱手段２としてはバーナ（例えば、マイクロバーナ）、放電、レーザ、ヒータ（例えば、電熱ヒータ）等を用いることができる。更に、アクチュエータ３には、サーボモータ、空圧機器、油圧機器等を用いることができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態の判断方法を適用すれば、損失が最小となった時点を自動で判定できるため、加熱条件の変更を自動で行うことが可能となる。これによって、コア径が同径のみならず異径の光ファイバを接続しても損失量のバラツキを少なくすることができる。
【００５０】
作業者の加熱処理終了判断による場合では、ＤＣＦ（分散補償ファイバ）とＳＭＦ（シングルモードファイバ）の接続損失の平均値が０．２ｄＢ、バラツキが±０．０５〜０．１ｄＢであるのに対して、本実施の形態の加熱処理判断方法を適用した場合では±０．０５ｄＢ以内とほぼ半分にまで抑えることができる。
【００５１】
また本実施の形態の接続損失低減装置を用いれば、一人の作業者が数台の装置を担当することが可能となり、作業効率を大幅に向上させることができる。
【００５２】
尚、本実施の形態の接続損失低減装置は、融着された光ファイバを加熱処理するポータブルな専用装置として構成することができる。また、既存の光ファイバ融着器に本実施の形態に係る接続損失低減機能を付加しても良い。そうすれば、融着器の熱源などを加熱手段として利用することが可能となる。更に、本実施の形態の接続損失低減方法を光ファイバの製造工程に組み込んで使用することも可能である。
【００５３】
尚、上述の各動作は、自動判定部７のみにおいて実現することに限られるものではない。それぞれの機能に応じて個別のハードウエアを組合わせて構成しても良い。またＣＰＵにそれぞれの機能を記述したプログラムを組み込んで実現するものであっても良い。更に、それぞれの機能をソフトウエアとハードウエアに分割して担わせ、それを組み合わせて構成しても良い。
【００５４】
尚、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれているため、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明を抽出することができる。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光ファイバの接続損失最小点の判断を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る接続損失低減装置の構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に係る接続損失低減装置の概略の動作を示すフロー図。
【図３】第１の実施の形態に係る接続損失低減装置の概略の動作を示すフロー図。
【図４】経過時間のメンバシップ関数を示す図。
【図５】傾きのメンバシップ関数を示す図。
【図６】極のメンバシップ関数を示す図。
【図７】パワーメータから出力される測定データ信号を示す図。
【図８】加熱処理中の接続損失の変化を模式的に示す図。
【図９】加熱処理中の接続損失の変化を実測した図。
【符号の説明】
１…光ファイバ
２…加熱手段
３…アクチュエータ
４…光源
５…パワーメータ
６…加熱処理コントローラ
７…自動判定部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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