(57)【要約】【課題】物理的エッジの検出に依存せずに光学要素のアライメントをとること。【解決手段】本発明による光ファイバアライメントの方法及び装置は、まず、光学要素(104)の端部における目標ビーム幅(152)の発生を確認する。光学要素(104)の端部は、光ビーム(102)に対する軸方向位置において光ビーム(102)へ配置される。光学要素(104)の端部は、その後、光学要素(104)を通じて測定される最大光パワー位置(128)が特定されるまで、光ビームに対して横方向に（垂直に）移動させられる。光ビームのビーム幅(152)は、その軸方向位置において測定される。移動と測定のシーケンスは、光ビームに対する複数の軸方向位置で繰り返される。線形回帰または同等のアプローチを用いて、目標ビーム幅(152)を有する光ビームに対する軸方向位置が予測される。次に、光学要素(104)の端部が、目標ビーム幅(152)を有する軸方向位置まで移動させられる。【選択図】図１
2004070350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　光ビーム（102）の目標ビーム幅（152）が、前記光ビーム（102）の光路に沿った光ファイバ要素（104）の第１の端部において規定され、前記光ファイバ要素（104）が、前記光ファイバ要素（104）の前記第１の端部に光が入射するように配置される、光ファイバのアライメントの方法であって、
　前記光ビーム（102）に対する軸方向の複数の位置においてビーム幅（152）を測定するステップと、
　前記光ビーム（102）に対する軸方向の位置を計算するステップであって、前記光ビーム（102）のビーム幅（152）が前記光ビーム（102）の前記目標ビーム幅（152）に等しい、ステップと、及び
　前記光ファイバ要素（104）を前記位置まで移動させるステップとを含む、光ファイバアライメントの方法。
【請求項２】
　前記光ビーム（102）の前記目標ビーム幅（152）が生じる、前記光ビーム（102）に対する軸方向の位置を計算するステップが、前記ビーム幅（152）の前記測定から生成されるデータを用いて、線形回帰、補間、または外插のうちの１つによって実施される、請求項１に記載の光ファイバアライメントの方法。
【請求項３】
　前記ビーム幅（152）を測定するステップが、前記光ビーム（102）に対する軸方向の複数の位置において、前記光ビーム（102）の前記光路に対して垂直な２次元横断面で実施される、請求項１に記載の光ファイバアライメントの方法。
【請求項４】
　前記ビーム幅（152）を測定するステップが、前記光ビーム（102）に対する軸方向の複数の位置において、前記光ビーム（102）の前記光路に対して垂直な１次元横線に沿って実施される、請求項１に記載の光ファイバアライメントの方法。
【請求項５】
　前記複数の位置の任意の１つにおいて前記ビーム幅（152）を測定するステップが、
　前記光ビーム（102）に対して軸方向の位置まで前記光ファイバ要素（104）の前記第１の端部を移動させるステップと、
　前記光ビーム（102）の前記光路に対して垂直な横断経路に沿って前記光ファイバ要素（104）の前記第１の端部を移動させるステップと、
　前記光ビーム（102）に対して前記軸方向の位置において、前記横断経路に沿ったピーク光パワー位置（128）を求めるステップと、
　前記ピーク光パワー位置（128）まで前記光ファイバ要素（104）の前記第１の端部を移動させるステップと、
　前記ピーク光パワー位置（128）を記録するステップと、
　前記ピーク光パワー位置（128）においてピーク光パワーを測定するステップと、
　前記ピーク光パワーからの一定量の低下が測定される、光パワーの低減した横断先頭位置まで、前記横断経路に沿って前記光ファイバ要素（104）の前記第１の端部を移動させるステップと、
　前記横断先頭位置を記録するステップと、
　前記ピーク光パワー位置（128）と前記横断先頭位置との間の距離を計算するステップと、及び
　前記距離に２を掛けることにより、前記位置における前記ビーム幅（152）を求めるステップを含む、請求項３または４に記載の光ファイバアライメントの方法。
【請求項６】
　前記位置における前記ビーム幅（152）を求めるステップが、
　前記横断先頭位置から、前記ピーク光パワー位置（128）を経て、パワーレベルが前記横断先頭位置における前記低減した光パワーに等しくなる横断後尾位置まで、前記光ファイバ要素（104）の前記第１の端部を前記光ビーム（102）の前記光路に対して横方向に移動させるステップと、
　前記横断後尾位置を記録するステップと、
　前記横断先頭位置と前記横断後尾位置との間の距離を計算するステップと、及び
　前記横断先頭位置と前記横断後尾位置との間の前記距離として、前記位置における前記ビーム幅（152）を求めるステップをさらに含む、請求項５に記載の光ファイバアライメントの方法。
【請求項７】
　前記複数の位置の任意の１つにおいて前記ビーム幅（152）を測定するステップが、横断ビームプロファイルを測定するステップをさらに含む、請求項６に記載の光ファイバアライメントの方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、概して、光ファイバの分野に関する。とりわけ、本発明は、光ファイバ要素の、別の光ファイバ要素に対する高分解能の軸方向及び半径方向の距離アライメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
　光ファイバの分野において、２つの光学要素の物理的アライメントに関して問題がある。光ファイバと光ファイバアレイのアライメントをとるための従来技術の解決策は、一般に、カメラ、フォースフィードバック、または線形符号化を用いた第１の光ファイバの物理的エッジの検出に依存する。これらの方法は、本質的に、検出された第１の光ファイバのエッジに対する、光ファイバ、導波路、または他の光学コンポーネントといった第２の光学要素の位置に関する仮定に依存する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　軸方向距離と半径方向位置の全体的な最終アライメントは、これらの仮定の精度によって決まる。これらの仮定によって、２つの光学要素の最終的な軸方向距離及び半径方向のアライメントに関して不確実となる可能性がある。この不確実性によって、これらの技術に制限が課せられることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
　本発明は、一般に、光ファイバ要素の、別の光ファイバ要素に対する軸方向距離及び半径方向距離のアライメントに関する。これら光ファイバ要素には、制限するわけではないが、光ファイバストランド、光ファイバアレイ、光ファイバケーブル、光フィルタ、光増幅器、光導波デバイス等が含まれ得る。本発明の目的、利点、及び特徴については、本発明に関する以下の詳細な説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。
【０００５】
　本発明によるいくつかの実施形態によれば、本発明による光ファイバアライメントの方法及び装置は、まず、光学要素の端部における目標ビーム幅の発生を確認する。光学要素の端部は、光ビームに対する軸方向位置において光ビームへ配置される。光学要素の端部は、その後、光学要素を通じて測定される最大光パワー位置が特定されるまで、光ビームに対して横方向に（垂直に）移動させられる。光ビームのビーム幅は、その軸方向位置において測定される。移動と測定のシーケンスは、光ビームに対する複数の軸方向位置で繰り返される。線形回帰または同等のアプローチを用いて、目標ビーム幅を有する光ビームに対する軸方向位置が予測される。次に、光学要素の端部が、目標ビーム幅を有する軸方向位置まで移動させられる。
【０００６】
　本発明によるいくつかの実施形態によれば、光ビームの目標ビーム幅が、光ビームの光路に沿った光ファイバ要素の第１の端部において規定され、光ファイバ要素が、光ファイバ要素の第１の端部に光が入射するように配置される、光ファイバアライメントの方法は、前記光ビームに対する軸方向の複数の位置においてビーム幅を測定するステップと、前記光ビームのビーム幅が前記光ビームの前記目標ビーム幅に等しい、前記光ビームに対する軸方向の位置を計算するステップと、及び前記光ファイバ要素を前記位置まで移動させるステップとを含む。本明細書に開示されるこの方法及び他の方法は、プログラムされたプロセッサで実行される電子記憶媒体に記憶された命令を利用して、実施され得る。
【０００７】
　本発明によるいくつかの実施形態によれば、本発明のいくつかの実施形態に従った光ファイバアライメント装置は、制御プロセッサを有する。光ファイバ要素の第１の端部は、制御プロセッサに応答して、光ビーム内に移動させられる。光ファイバ要素を介して伝達される光パワーが、光ファイバ要素の第２の端部で測定され、測定結果は制御プロセッサに供給される。制御プロセッサは、光ビームに対する複数の軸方向位置においてビーム幅を測定する命令を実行して、光ビームのビーム幅が光ビームの目標ビーム幅に等しくなる、光ビームに対する軸方向位置を計算し、光ファイバ要素をその位置まで移動させる。
【０００８】
　当業者であれば、以下の説明を検討することによって、本発明のこれらの例示的な実施形態に関する多くの変更態様、等価物、及び置換態様が思い付くであろう。上述した特定例が、本発明の範囲を規定するものとみなされるべきではない。
【０００９】
　新規であると考えられる本発明の特徴は、特に特許請求の範囲に記載される。しかしながら、本発明の目的と利点と共に動作の機構と方法に関して、本発明自体は、添付図面に関連してなされる本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明を参照することにより、最も良く理解され得る。
【発明の効果】
【００１０】
　本明細書の背景技術のセクションで述べたように、光ファイバと光ファイバアレイとのアライメントに対する従来の解決策は、一般に、カメラ、フォースフィードバック、または線形符号化による第１の光ファイバの物理的エッジの検出に依存する。本発明によれば、ファイバまたは装置の物理的エッジを知ることに依存せずに、光学要素間の距離の予測可能な測定及びアライメントが可能になる。特定の実施形態による本発明は、視覚によるものであれ、接触によるものであれ、エッジ検出に頼らずに実施され得る。この方法は、ビーム形状特性の測定値を使用し、それにより、任意の形状係数の装置または光ファイバを本発明に利用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
　本発明は、多種多様な形態の実施形態が可能であるが、本開示が本発明の原理の一例としてみなされるべきであり、本発明を図示及び説明された特定の実施形態に制限することを意図したものではないという条件の下に、図面には、特定の実施形態が示され、本明細書において詳細に説明されている。以下の説明において、同様の参照番号は、図面のいくつかの図において同じか、同様か、または対応する部分を示すために使用される。
【００１２】
　留意しておくべきは、この説明のために本説明において使用される「光学要素」という用語は、光ファイバストランド、光ファイバアレイ、光ファイバケーブル、光フィルタ、光増幅器、光導波デバイス、あるいは光エネルギを透過し、搬送し、操作し、または受け取るために利用可能な光学系に存在できる他の任意の光学コンポーネントの実施形態を表すことができるという点である。
【００１３】
　次に図１を参照すると、光ファイバアライメントのシナリオ１００が例示されている。本発明のこの典型的な実施形態では、光ビーム１０２が示されている。光ビーム１０２内における光パワーの測定値を利用した線形回帰を用いて、第１の可動光学要素１０４の第１の端部と第２の固定光学要素１０８との間における軸方向距離及び半径方向アライメントを繰り返し改善することが可能である。光学要素対を通る光パワーは、横方向（半径方向）アライメントの関数として最適化される。光学要素対の横方向アライメントを最適化することにより、光ビーム１０２に対して垂直な平面内において、通過光パワーの最大値に対応する、第２の固定光学要素１０８に対する第１の可動光学要素１０４の第１の端部の位置がもたらされる。軸方向の離隔距離は、光学要素、トランスミッタ、及びレシーバを含む光学系の物理的特性を利用して、第１の可動光学要素１０４の第１の端部におけるビーム幅について予め較正された値に対応する。
【００１４】
　当業者には、本教示を検討すれば明らかになることであるが、本発明から逸脱することなく、第１の光学要素１０４を固定し、第２の光学要素１０８を移動可能にすることも可能であり、あるいは両方とも、互いに対して移動させることも可能であり、本説明の目的からして、同等とみなされるべきであるという点に留意すべきである。同様に、当業者には、本教示を検討すれば明らかになることであるが、本発明から逸脱することなく、上述の、及び本文の他のところで述べる線形回帰の代わりに、補間、外插、または他の適切な任意の推定または予側の方法を用いることが可能であるという点に留意すべきである。
【００１５】
　まず、第１の可動光学要素１０４の第１の端部は、光ビーム（光円錐）１０２を第２の固定光学要素１０８から第１の可動光学要素１０４の第１の端部に結合できるように、第２の固定光学要素１０８に対して軸方向に任意に配置され得る。光ビーム１０２は、光パワーが、第２の固定光学要素１０８を透過し、軸方向に方向付けされて、第１の可動光学要素１０４の第１の端部に入射するように配置されたトランスミッタ１１２を用いて結合され得る。本説明の目的上、Ｚ軸１１６は、光ビーム１０２によって画定される光円錐内に生じる最大（ピーク）光パワーの線に沿って配置されるものと定義される。Ｚ軸１１６は、光ビーム１０２の原点に向かう方向において増加する正の値と定義される。Ｘ軸１２０及びＹ軸１２４は、互いに垂直（直角）であり、Ｚ軸１１６に対して垂直（直角）であると定義される。Ｘ軸１２０及びＹ軸１２４は、Ｚ軸１１６上にそれらの原点を有し、Ｚ軸１１６から離れるにつれて大きさ（ある方向において正で、逆方向において負の）が増すものと定義される。
【００１６】
　同様に、本説明の目的上、「横断」という用語は、Ｚ軸１１６に対して垂直な方向または移動を識別するために用いられるものとする。従って、横断面は、任意のＺの場所（位置）においてＺ軸１１６に対して垂直な平面と定義されるものとする。留意すべきは、Ｘ軸１２０及びＹ軸１２４は、共に、Ｚが０に等しい場所に配置された、Ｚ軸１１６に対するちょうどそのような横断面を表わすことが可能であるという点である。この例の場合、デカルト座標系が使用される。やはり留意すべきは、本発明から逸脱することなく、他の任意の座標系を選択することが可能であり、制限するわけではないが、極座標系、球座標系等を含む任意の適切な座標系を利用することが可能であるという点である。
【００１７】
　座標系が選択されると、第１の可動光学要素１０４の第１の端部をそのＺ位置の横断面内で移動させ、最大（ピーク）光パワー位置１２８を特定することができる。座標系の上記定義を考慮すると、最大（ピーク）光パワー位置１２８は、ちょうどＺ軸１１６上に位置する。最大光パワー位置１２８の特定は、光ビーム１０２にさらされる第１の端部の反対側にある、第１の可動光学要素１０４の第２の端部に接続された光学レシーバ及びデータ収集装置１３２を用いた測定によって実施される。
【００１８】
　最大光パワー位置１２８が特定されて測定されると、さらに、第１の可動光学要素１０４の第１の端部を横断面に沿ったある方向（例えば、正のＸ方向）に移動させて、最大光パワー位置１２８において得られる測定値から一定量だけ低いビーム強度を確認することが可能である。この例では、その一定の低下量は１０ｄＢとすることができ、これによって、その第１の半値幅点１４０における光ビーム１０２の第１の半値幅１３６が規定される。第１の可動光学要素１０４の第１の端部を同じ横断面に沿った逆方向（例えば、負のＸ方向）に移動させることによって、同じ一定の低下量が測定される第２の半値幅点１４４を確認することができる。負のＸ方向における距離は、光ビーム１０２の第２の半値幅１４８とみなされ得る。
【００１９】
　引き続き本例について述べると、横断面におけるビーム幅１５２は、いくつかの異なる態様で測定され得る。一例として、制限するわけではないが、ビーム幅１５２は、第１の半値幅点１４０と第２の半値幅点１４４との間の距離を測定するか、第１の半値幅１３６を第２の半値幅１４８に加えるか、またはどちらかの半値幅を２倍することによって計算（近似）され得る。さらに、この概念を３次元に広げると、当業者であれば、本明細書を検討することによって明らかになるように、光ビーム１０２の２次元断面１５６は、任意のＺ位置における横断面に画定され得る。
【００２０】
　次に、第１の可動光学要素１０４の第１の端部が、新しいＺ位置まで繰り返し移動させられる（正または負のｚ方向に）。この新しいＺ位置において、最大光パワー位置が、新しいビーム幅（または新しい断面）に沿って特定される。それにより、３次元の光円錐（光ビーム）１０２が、座標系内の複数のＺ位置において画定され得る。
【００２１】
　次に、図２を参照して、光ビーム（光円錐）１０２内における光学要素の単一端部の位置を改善するための光円錐方法２００について説明する。図２及び光円錐方法２００に関する本説明に洞察を加えるのに、図１を参照するのが有用であるかもしれない。この光円錐方法２００の場合、第１の可動光学要素１０４の第１の端部は、第２の固定光学要素１０８のアパーチャに対して最適に配置され得る。第２の固定光学要素１０８は、光学アパーチャから外側に光ビーム１０２を放射できるように結合されたトランスミッタ１１２を有することができる。第１の可動光学要素１０４の第２の端部は、第１の可動光学要素１０４を通る光パワーの透過を測定可能にする任意の態様で結合された、レシーバ１３２を有することができる。
【００２２】
　この光円錐方法２００は、２０４から開始される。２０８において、第１の可動光学要素１０４の第１の端部における較正された／所望の（目標）最終ビーム幅１５２の発生、及びこの方法の所望の精度（繰り返し数）の判定がなされる。また、初期概算ビーム幅及びインクリメンタルステップサイズが選択される。目標最終離隔距離及び所望の精度の判定は、制限するわけではないが、光ビーム１０２のビーム形状、光学要素特性、媒質に関する光学的仕様等を含む、いくつかの特性に基づいて行うことができる。次に、２１２において、第１の可動光学要素１０４の第１の端部を光ビーム１０２内に移動し、第１の可動光学要素１０４を介して、トランスミッタ１１２からレシーバ１３２への光の伝送を可能にすることによって、光学要素を介して、光を大まかに結合し、測定のために上述のように定義した座標系を利用して、大まかなアライメントをとることができる。
【００２３】
　２１６において、所望の数の測定シーケンスの繰り返しを実施するために利用可能なカウンタ値が設定される。２２０において、最適化ルーチンが実行される。２２０におけるこの最適化ルーチンは、そのＺ位置において光学要素を通る最適化／最大光パワー透過が得られるように、第１の可動光学要素１０４の第１の端部の横断位置（Ｘ及びＹの両横断直交軸に沿った）を設定するために利用される。２２０におけるこの最適化ルーチンは、最適化／最大パワー透過位置を求めるための可能性のある多数の解決法の１つとすることができる。
【００２４】
　一例として、本発明の範囲を制限するわけではないが、最適化／最大パワー透過のこの判定は、レシーバ１３２における時間調整された光パワー測定データ収集と連係して、光ビーム１０２に対して垂直に（直角に）第１の可動光学要素１０４の第１の端部を掃引移動させることによって実施され得る。代案として、第１の可動光学要素１０４の第１の端部を位置から位置へと光ビーム１０２に対して垂直に（直角に）順次移動させて、各位置毎に光パワー測定が行われる、ステップアンドメジャー技術を利用して、最適化／最大パワー透過を求めることができる。さらに別の代案は、シーキングルーチンと表現されることができ、そのシーキングルーチンは、横断面における光パワーを測定し、最大光パワーポイント（または、適宜に低減した光パワーポイント）の探索時に、各後続移動のステップサイズを縮小することによって、移動制御装置の最小移動制御ステップ分解能に至るまでの所望の精度がもたらされる。座標空間において第１の可動光学要素１０４の第１の端部を移動させることが可能な任意の適切な装置を利用して、適切なコントローラ装置（例えば、プログラムされたプロセッサ）の制御下で、前述の移動を容易にすることもできる。同様に、全ての移動を手動制御することもできる。
【００２５】
　上述の掃引またはステップアンドメジャーによる典型的な光パワー最適化の場合、初期移動は、連続した移動と共にパワーレベルの低下が測定されるまで、横断軸の１つ（この例の場合、Ｘ軸１２０）に沿って行われる。次に、移動方向が反転される。移動は、その横断軸に沿った最大測定光パワー位置が認識されるまで、逆方向に続けられる。最大測定光パワー位置は、その後に測定光パワーの低減が後続する、測定光パワーの増大に注目することによって見つけられる。１つの横断軸に沿った最大光パワー位置が見つかると、第１の可動光学要素１０４の第１の端部が、その軸に沿って最大光パワー測定位置まで戻される。このプロセスは、初期軸（この例の場合、Ｘ軸）に沿った最大光パワー位置から開始して、他の横断軸（この例の場合、Ｙ軸）に沿って繰り返される。２つの最大光パワー測定の交差点は、その横断面における最大光パワー位置を示す。
【００２６】
　初めてループをやり終えて、結果として得られた第１の可動光学要素１０４を通る最適化／最大光パワー透過位置は、全ての後続の移動及び測定に関する開始点または原点とみなされ得る。ループを順次繰り返す間に、この点は、そのＺ軸位置におけるピーク光パワー位置とみなされ得る。
【００２７】
　２２４において、横断ビームプロファイル及びビーム幅が計算される。第１の可動光学要素１０４の第１の端部は、光パワーの透過がピーク光パワー位置で測定されたパワーから一定量だけ少ない、光ビーム１０２に対して垂直な横断平面に沿った位置まで移動させられ得る。一例として、制限するわけではないが、この一定量の減少は、光パワーの１０ｄＢの減衰とすることができ、結果として得られるその測定位置は、測定目的上、光ビームの半値幅を表わすことができる。本説明の目的上、及び説明を容易にするために、半値幅の位置という用語または同様の用語は、こうした光パワーの減少する位置を表わす場合に使用される。当業者には、本教示を検討することによって明らかになるように、任意の適切な相対パワーレベルを用いることができる。
【００２８】
　ピーク光パワー位置から半値幅位置までの距離が測定される。次に、この測定値を利用して、そのＺ軸位置におけるビーム幅１５２を計算することができる。ビーム幅１５２の計算は、この例の場合、測定距離を２倍することによって行われる。当業者には、本教示を検討することによって明らかになるように、逆横断方向においてもう１つの半値幅を見つけるための上述の他の測定を利用して、ビーム幅１５２を最終的に求めることができる。さらに、当業者には、本教示を検討することによって明らかになるように、本明細書の説明によって、半値幅１５２を求めるためのより迅速な方法が得られることになるが、それは、本発明の範囲を制限することを意図したものではない。
【００２９】
　２２４における横断ビームプロファイル及びビーム幅を計算するための別のアプローチは、走査サイズの半分（光円錐方法２００の最初の繰り返しに関するビーム幅の初期概算値の半分）の距離だけ、ある横断軸に沿ってピーク光パワー位置から横方向に移動することである。このように位置決めされると、次に、同じ横断軸に沿って戻り、ピーク光パワー位置を経て、横断軸に沿った等距離位置まで移動して、全走査サイズにわたって走査される。この走査中に、光パワーが測定される。このステップの出力は、測定されたビーム幅１５２である。
【００３０】
　２２８では、カウンタ値をテストして、光円錐方法２００の最後の繰り返しが完了したか否かを判定する。光円錐方法２００の最後の繰り返しが完了していなければ、２３２に移行する。２３２では、２０８において、最初にインクリメンタルステップサイズに選択された量だけ、正のＺ方向に移動する。
【００３１】
　２３６では、カウンタ値がデクリメントされ、それによって、１つの測定の完了が示される。次に、２２０に移行し、新たな測定シーケンスを完了することができる。上述の及び後述の説明において、本発明の特定の光学要素がいかに挙動するかを確かめるために、デクリメントされ、テストされるべきカウンタ値が示される。留意すべきは、本発明から逸脱することなく、カウンタ値は、全く同様に容易にインクリメントされ、テストされ得るという点である。
【００３２】
　光円錐方法２００は、上述のように、２２０から２２４まで続行され、引き続き２２８まで継続される。説明のこの時点において、２組のビーム幅１５２の測定が完了すると、光ビーム１０２の２つのエッジを表わしたデータで、２つの直線の方程式を作成することができるという点に言及しておくことは有意義であるだろう。同様に、２組のビーム幅１５２の測定値が得られると、そのデータを利用して、さらに、ステップサイズ、安全性限界、及びエラーチェックを導くことができる。
【００３３】
　説明を容易にするために、及び制限するわけではなく、光円錐方法２００は、測定及び移動シーケンスの最後の繰り返しの後に、２４０に移行したとする。２４０では、上述のように得られた測定値の集合に線形回帰を施して、第１の可動光学要素１０４の第１の端部の最終移動が予測される。線形回帰を利用して、所望の最終ビーム幅のＺ位置が求められる。
【００３４】
　この説明によって、この方法の変形が予想される。例えば、上述のように、データを利用して、さらにステップサイズ、安全性限界、及びエラーチェックを導くことによる、本方法の数学的改良は、２つのデータセットが収集される毎に１回ずつ実施されることができ、同様に線形回帰はこの点に適用され得る。説明を容易にするために、線形回帰は、この方法の繰り返し部分が完了した後に適用される。
【００３５】
　光円錐方法２００は、２４０から引き続き２４４に移行し、最終Ｚ位置までの距離が求められ、第１の可動光学要素１０４の第１の端部がそのＺ位置まで移動させられる。このように、第１の可動光学要素１０４の第１の端部は、目標最終ビーム幅を有する、計算による最終Ｚ軸位置（アパーチャ間隔）に配置される。
【００３６】
　最終の移動は、最終Ｚ軸位置までの計算による距離（Ｋ）から変数デルタ（全距離のパーセンテージ）を引いた距離とすることができるという点に言及しておくことは価値がある。デルタ値を引いた、現在のＺ軸位置からの最終距離の移動を用いることによって、光円錐方法２００は、より精度の増した最終Ｚ軸位置に近づく。
【００３７】
　２４８では、第１の可動光学要素１０４の第１の端部を目標最終ビーム幅のピーク光パワー位置に半径方向に配置するために、最終最適化を実行することができる。２５２において、光円錐方法２００が終了する。
【００３８】
　本発明の実施に必要な計算を理解するために、光円錐方法２００に従って実施される測定による下記データセットについて考察することにする：
　　データセット１：Ｚ１、Ｘ１、−Ｘ１、Ｗ１
　　データセット２：Ｚ２、Ｘ２、−Ｘ２、Ｗ２
　　データセット３：Ｚ３、Ｘ３、−Ｘ３、Ｗ３
　　データセット４：Ｚ４、Ｘ４、−Ｘ４、Ｗ４。
【００３９】
　各データセットは、Ｚ１〜Ｚ４のＺ位置において得られた測定値に対応する。各データセットは、測定結果を表わすために、横軸としてＸ軸を用いている。データセットのそれぞれにおいて、第１の要素は、Ｚ位置の測定値を表わしている。第２の要素は、正のＸ方向における横方向の測定値を表わしている。第３の要素は、負のＸ方向における横方向の測定の測定値または計算値を表わしている。第４の要素は、そのＺ位置における計算によるビーム幅１５２を表わしている。
【００４０】
　データセットから２つの直線の方程式を導き出すことができる。方程式は、次の通りである：
　式１：Ｘ＋＝ｍ＋Ｚ＋ｂ＋
　式２：Ｘ−＝ｍ−Ｚ＋ｂ−
ここで、式１は、正の勾配の線を表わし、式２は、負の勾配の線を表わしており、Ｘ軸は従属軸であり、Ｚ軸は独立軸である。式１から式２を引くと、結果として、下記に示す式３が得られる。式３は、２つの線間の距離を表わす変数（Ｗ）に等しく設定され得る。この関係は、下記の式４として示される：
　式３：（ｍ＋−ｍ−）Ｚ＋（ｂ＋−ｂ−）
　式４：Ｗ＝（ｍ＋−ｍ−）Ｚ＋（ｂ＋−ｂ−）
２つの線間距離（Ｗ）に関する方程式が、変数Ｚに関して確立されると、距離（Ｗ）によって、式４を解いて、変数Ｚを求めることができるが、結果として得られる式５は下記に示される：
　　式５：　Ｚ＝｛Ｗ−（ｂ＋−ｂ−）｝／（ｍ＋−ｍ−）
ビーム幅（Ｗ）の目標値を式５に代入すると、目標ビーム幅のＺ位置について式５を解くことができる。
【００４１】
　当業者であれば、この時点で前述の説明に基づいて、本発明のこの実施形態に必要とされる計算及びこの実施形態の物理的性質を理解することができるはずである。
【００４２】
　光円錐方法２００の理解をさらに助けるため、下記の擬似コードによって、この光円錐方法２００の変形の１つを表わすことができる：
　Set Ｗ＝Final Beam Width、Set Ｍ＝Desired Accuracy
　Set Ｘｓｔａｒｔ＝Initial Scan Distance、Set Ｔｍｏｖｅ＝Initial Scan Time
　Set Ｎ＝Initial Data Acquisition Count
　Loop Ｍ times
　Optimize Power in Ｘ&Ｙ plane、Ending at Maximum power position
　Measure Beam width：
　　Offset to −Ｘｓｔａｒｔ／２ from current X location
　　Set Velocity to Ｘｓｔａｒｔ／Ｔｍｏｖｅ
　　Execute Movement from current X location to ＋Ｘｓｔａｒｔ／２
　　Sample Data Acquisition Card for Duration Ｔｍｏｖｅ with N points．
　　Return Data for analysis．
　Data Analysis：
　　Ｘ［Array］＝｛Ｘｎｏｔ，Ｘｎｏｔ＋ｄＸ，Ｘｎｏｔ＋２ｄＸ，Ｘｎｏｔ＋３ｄＸ，…｝，ｄＸ＝Ｘｓｔａｒｔ／（Ｎ−１）
　　Data［array］is paired with Ｘ［Array］to generated Power Function
　　Spline of Power function determines plus and minus fifty percent location within the Power Function
　　Output is Width
　　IF Width＝W END、
　　ELSE Set all variables for next scan and Increment forward in Z and return to beginning of Loop。
【００４３】
　次に、図４及び図５に関連して検討される図３を参照すると、典型的なアライメント環境４００が提示されており、これまでの開示に関連して説明され得る。留意すべきは、説明を容易にするために、以下の説明では、光学要素のいくつかは移動することができ、他のいくつかは固定されていることが示唆されているという点である。光学要素のいくつかを可動式と指定し、他のいくつかを固定式と指定するのは、説明に役立つが、これは、制限として解釈されることが意図されていない。ある光学要素が可動式であると指定され、別の光学要素が固定式として指定される各状況において、この説明は、可動光学要素と固定光学要素が逆になる状況、並びに両方の光学要素が互いに対して移動する状況を完全に包含することが意図されている。
【００４４】
　アライメント環境４００において、第１の光学要素４０８の第１の可動端部４０４は、固定光学要素４１６から放射される光ビーム４１２に対して、光が第１の光学要素４０８に入射可能になる位置に配置され得る。そして、第１の光学要素４０８の第２の固定端部４２０は、光ビーム４２４を放射することができる。光パワー測定を行う能力を備えた装置に結合された第３の可動光学要素４２８は、第１の光学要素４０８の第２の固定端部４２０から放射される光ビーム４２４に対して、光が第３の可動光学要素４２８に入射可能になる位置に配置され得る。
【００４５】
　次に、上述の典型的な方法のような任意の光パワー最適化方法と連係して、アライメント環境４００を用いることによって、第１の光学要素４０８の両端における光学アパーチャの軸方向離隔距離及び半径方向位置のアライメントをとることができる。まず、第１の光学要素４０８の一方の端部における位置及びアパーチャ間隔を最適化し、次に第１の光学要素４０８のもう一方の端部における位置及びアパーチャ間隔を最適化することによって、第１の光学要素４０８は、その意図する目的にとって最適に機能を果たす。
【００４６】
　次に図４を参照すると、上述の典型的な方法のような任意の光パワー最適化方法と連係して、アライメント環境４００を用いることによって、第１の光学要素４０８の第１の可動端部４０４における位置及びアパーチャ間隔が最適化された。
【００４７】
　次に図５を参照すると、上述の典型的な方法のような任意の光パワー最適化方法と連係して、アライメント環境４００を用いることによって、第１の光学要素４０８の第２の固定端部４２０における位置及びアパーチャ間隔が最適化され、アパーチャを通る最適光パワー透過が達成された。
【００４８】
　次に図６を参照すると、典型的なコンピュータ制御式光学アライメントシステム７００が示されており、次にその説明をする。制御プロセッサ７０４は、光学トランスミッタ７１２に結合された光パワー発生装置７０８を制御する。制御プロセッサ７０４が、光パワー発生装置７０８に対して、光パワーを発生するように命じると、光学トランスミッタ７１２が、光学アライメントに用いるのに適した光ビーム７１６を放射する。
【００４９】
　制御プロセッサ７０４は、光ビーム７１６に対して横方向及び軸方向に可動光ファイバ要素７２４の第１の端部を移動させることが可能な光ファイバ要素制御装置７２０も制御する。制御プロセッサ７０４が、光ファイバ要素制御装置７２０に対して、その制御下において、可動光ファイバ要素７２４の第１の端部を任意の方向に移動させるように命じると、光ファイバ要素制御装置７２０は、可動光ファイバ要素７２４の第１の端部を所望の方向に所望の距離だけ移動させる。
【００５０】
　所望の移動距離及び所望の方向は、光パワーの測定を通じて決定される。光パワー測定は、光学レシーバ７２８によって実施される。光学レシーバ７２８は、可動光ファイバ要素７２４の第２の端部に結合されている。光学レシーバ７２８は、可動光ファイバ要素７２４によって伝送される光パワーを測定して記録する、光パワー測定及びデータ収集装置７３２にも結合されている。制御プロセッサ７０４が、光パワー測定及びデータ収集装置７３２に対して測定を行うように命じると、その時点において測定された光パワーを表わす記録が生成される。次に、制御プロセッサ７０４は、光パワー測定及びデータ収集装置７３２から光パワー測定結果を読み取ることができる。
【００５１】
　制御プロセッサ７０４は、引き続いて光ファイバ要素制御装置７２０に命じて、本発明が企図する方法の任意の１つに従って、可動光ファイバ要素７２４の第１の端部を移動させ、上述のように可動光ファイバ要素７２４の第１の端部の最終位置を得る。
【００５２】
　留意すべきは、上述の例では、特定のコンポーネントが検証の手段となっていたという点である。上述の説明及び例において、本発明から逸脱することなく、他の多くのコンポーネントに置き換えることも可能である。制限のためではなく、単なる例として、本発明から逸脱せずに、光ファイバストランド、光ファイバアレイ、光ファイバケーブル、光フィルタ、光増幅器、光導波装置、あるいは光エネルギを透過し、搬送し、操作し、または受けるために使用され得る光学系に存在できる他の任意の光学コンポーネントを利用することが可能である。さらに、光パワー測定及び／または特徴付けを利用して、光学アライメントをとる任意の方法は、本発明の範囲内にあるとみなされるべきである。
【００５３】
　本明細書の背景技術のセクションで述べたように、光ファイバと光ファイバアレイとのアライメントに対する従来の解決策は、一般に、カメラ、フォースフィードバック、または線形符号化による第１の光ファイバの物理的エッジの検出に依存する。本発明によれば、ファイバまたは装置の物理的エッジを知ることに依存せずに、光学要素間の距離の予測可能な測定及びアライメントが可能になる。特定の実施形態による本発明は、視覚によるものであれ、接触によるものであれ、エッジ検出に頼らずに実施され得る。この方法は、ビーム形状特性の測定値を使用し、それにより、任意の形状係数の装置または光ファイバを本発明に利用することが可能になる。
【００５４】
　本発明の特定の実施形態は、光学要素の非接触軸方向距離アライメント、光学要素の非接触半径方向アライメント、光ファイバ伝送システム以外の設備が不要なこと、光学要素を通る光パワーの高い再現性がもたらされること、光学要素の配置の高い空間分解能がもたらされること、物理的形状係数、欠陥、及び製造公差に無関係といった潜在的利点を有する。本教示を検討することによって当業者には明らかになるように、他の多くの本発明に関する用途及び本発明の利点が存在する。
【００５５】
　当業者には認識されるように、本発明は典型的な実施形態に関して説明された。本発明は、例えば、図６のプログラムされたプロセッサ７０４の使用に基づいた、コンピュータ制御下において実施可能である。しかしながら、本発明は、説明され、権利請求される本発明に対する等価物である特殊用途ハードウェア及び／または専用プロセッサといった、ハードウェアコンポーネントの等価物を使用して実施され得るので、そのように制限されるべきではない。同様に、汎用コンピュータ、マイクロプロセッサベースのコンピュータ、マイクロコントローラ、光コンピュータ、アナログコンピュータ、専用プロセッサ、及び／または専用ハード配線式論理回路を使用して、本発明の代替の等価な実施形態を構成することもできる。さらに、移動操作は、手動で実施可能である。
【００５６】
　当業者には明らかなように、上述の実施形態の実施に用いられるプログラムステップ及び関連データは、本発明から逸脱することなく、ディスク記憶装置、並びに、例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）デバイス、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス、光記憶装置、磁気記憶装置、光磁気記憶装置、フラッシュメモリ、コアメモリ、及び／または他の同等記憶技術といった、他の形態の記憶装置を使用して実施され得る。こうした代替の記憶装置は、等価物とみなされるべきである。
【００５７】
　本明細書の実施形態において説明したように、本発明は、任意の適切な電子記憶媒体に記憶することが可能な、あるいは任意の適切な電子通信媒体を介して伝送可能なプログラムを実行するプログラム式プロセッサを用いて、実施され得る。しかしながら、当業者には明らかなように、上述のプロセスは、本発明から逸脱することなく、任意の数の変形形態、及び多くの適切なプログラミング言語で実施され得る。例えば、本発明から逸脱することなく、実施される所定の操作の順序を変更できる場合が多く、追加操作を加えることもできるし、あるいは操作を削除することも可能である。本発明から逸脱することなく、エラートラッピングの追加及び／または強化が可能であり、ユーザインターフェイス及び情報の提示に変更を加えることも可能である。こうした変更は、予期されるものであり、同等とみなされる。
【００５８】
　本発明は、特定の実施形態に関連して説明されたが、当業者には、上述の説明に鑑みて、多くの代替、修正、置換、及び変更の態様が明らかになるのは明白である。従って、本発明は、特許請求の範囲内に含まれる、こうした代替、修正、置換、及び変更の態様を全て網羅することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の特定の実施形態に従った光ファイバ要素に対する座標系及びその関係を示す図である。
【図２】本発明の特定の実施形態に従った光学要素アライメントの方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の特定の実施形態に従った光学アライメント環境の図である。
【図４】光学要素の第１の端部が、本発明の特定の実施形態に従った光学アライメント環境に配置するために最適化された、光学アライメント環境の図である。
【図５】第１の端部と第２の端部が両方とも、本発明の特定の実施形態に従った光学アライメント環境に配置するために最適化された、光学アライメント環境の図である。
【図６】本発明の特定の実施形態に従った光学アライメントシステムのブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
102　光ビーム
104、108　光学要素
128　最大光パワー位置
152　目標ビーム幅
【図１】
2004070350.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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