(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ接続装置における融着温度の校正方法であって、
校正処理を高速化するために、融着接続処理において使用される種々の融着電流Ｉiに対し、計算により高度Ｈを補償した種々の融着電流I*iの１つである主融着電流Ioptよりも大きな、校正処理のための目標電流Ic,1を用いた電気アークにより、突き合せられた２本の光ファイバの突き合せ箇所を加熱するステップと、
前記電気アークの中心に位置する前記２本の光ファイバの前記突き合せ箇所のクラッド径が所定量減少するのに要した融着時間ｔ２を検出するステップと、
前記検出された融着時間ｔ２に対応する有効融着電流Ic,2を決定するステップと、
前記目標電流Ic,1と、前記有効融着電流Ic,2とに基づいて、融着温度の変動を補償するための校正係数ΔＩcを決定するステップと、
前記校正係数ΔＩcを使用して上記計算により高度Ｈを補償した種々の融着電流I*iを調整することで融着温度を校正するステップと
を含むことを特徴とする校正方法。
【請求項２】
それぞれ端部領域を有する前記２本の光ファイバについて、該端部領域をお互いに調芯して突き合せ、かつ、それぞれの端部の表面を相互に密接に接触させるよう配置させるステップと、
前記種々の融着電流Ｉｉに対して式２０（I*i = h1Ii + (h2H + h3Ii + h4)2 + h5、ただしｈ１ないしｈ５は事前に決定されたフィッティングパラメータ）を用い、内蔵型の高度計により測定された前記高度Ｈに基づいて、融着接続処理において使用される高度補償された融着電流I*iを決定するステップと、
前記融着電流I*iの一つである事前融着電流を用いて前記電気アークの放電を開始することで、前記光ファイバを清浄するとともに、初期における前記電気アークの中心位置Ｘ0を検出するステップと、
前記アークの中心位置Ｘ0に従って前記２本の光ファイバの各端部を再配置するステップと、
前記融着電流I*iの一つである前記主融着電流Ioptを用いて前記電気アークの放電を開始し、前記２本の光ファイバの突き合せ個所を加熱し、接合部が形成されるように前記２本の光ファイバを接続するステップと、
前記２本の光ファイバの前記突き合せ箇所のクラッド径の初期値を測定し、前記主融着電流Ioptを前記目標電流（Ic,1）へ切り替えて、校正処理を開始するステップと、
前記目標電流（Ic,1）を用いて前記突き合せ箇所を引き続き加熱し、前記突き合せ箇所のクラッド径が所定の閾値に達するまで、該クラッド径の減少を測定するステップと、
前記クラッド径が所定の閾値に達すると前記電気アークの放電を停止し、前記校正処理について消費された総融着時間（ｔ2）を算出し、該総融着時間から有効融着電流（Ic,2）を導出するステップと、
前記目標電流（Ic,1）と有効融着電流（Ic,2）とを用いて、補償に必要とされる補償融着電流ΔIc（ΔIc＝Ic,1 - Ic,2）の量を算出するステップと、
前記校正処理において使用された目標電流（Ic,1）と、種々の接続処理において使用される電流との間の差を補償するために訂正因子δi（δi＝1 - 0.5（Ic,1 - Ii）/Ic,1）を算出するステップと、
前記種々の融着電流Ｉｉの値を置き換えるために必要となる新しい電流INEW,i（INEW,i＝I*i + δiΔIc）を、前記高度と、前記補償融着電流ΔIcと、前記訂正因子δiを用いて算出するステップと
をさらに含む請求項１に記載の校正方法。
【請求項３】
融着領域における空中放電からの熱発光を観測することでアーク強度分布を測定するステップと、
前記校正処理中に、前記電気アークの空間移動を観測することで、前記電気アークの中心位置（Ｘc）を推定するステップと、
前記電気アークの乱れ（ΔＸ＝Ｘc - Ｘ0）が所定値を超えると、警告信号を発生するステップと
を含むことを特徴とする請求項２に記載の校正方法。
【請求項４】
前記高度計は、気圧センサを用いて構成されており、推定される高度Hと測定される気圧Pとの関係がP＝b1（1 -  b2Ｈ）b3 + b4（b1ないしb4は予め定められた係数）により表現されることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の校正方法。
【請求項５】
前記クラッド径は、前記突き合せ箇所を含む加熱領域について異なる複数の角度から取得された少なくとも２つの熱画像の平均を用いて決定されることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の校正方法。
【請求項６】
前記目標電流Ic,1を用いて前記電気アークの放電を開始するステップと、
前記クラッド径の測定精度を向上させるために、ＡＧＣ機能を無効にし、かつ、予め定義されたＣＣＤ設定を用いることで、ＣＣＤカメラを故意に飽和させるステップと、
加熱された前記２本の光ファイバの像を２つの垂直な方向から撮影するとともに、強度分布を抽出するステップと、
前記強度分布に係る第１の導関数を取得し、前記２つの垂直な方向から撮影された像から得られた値を平均化することで、前記クラッド径を導出するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の校正方法。
【請求項７】
光ファイバ接続装置における融着温度の校正装置であって、
校正処理を高速化するために、融着接続処理において使用される種々の融着電流Ｉiに対し、計算により高度Ｈを補償した種々の融着電流I*iの１つである主融着電流Ioptよりも大きな、校正処理のための目標電流Ic,1を用いた電気アークにより、突き合せられた２本の光ファイバの突き合せ箇所を加熱する手段と、
前記電気アークの中心に位置する前記２本の光ファイバの前記突き合せ箇所のクラッド径が所定量減少するのに要した融着時間ｔ２を検出する手段と、
前記検出された融着時間ｔ２に対応する有効融着電流Ic,2を決定する手段と、
前記目標電流Ic,1と、前記有効融着電流Ic,2とに基づいて、融着温度の変動を補償するための校正係数ΔＩcを決定する手段と、
前記校正係数ΔＩcを使用して上記計算により高度Ｈを補償した種々の融着電流I*iを調整することで融着温度を校正する手段と
を備えることを特徴とする校正装置。
【請求項８】
それぞれ端部領域を有する前記２本の光ファイバについて、該端部領域をお互いに調芯して突き合せ、かつ、それぞれの端部の表面を相互に密接に接触させるよう配置させる手段と、
前記種々の融着電流Ｉｉに対して式２０（I*i = h1Ii + (h2H + h3Ii + h4)2 + h5、ただしｈ１ないしｈ５は事前に決定されたフィッティングパラメータ）を用い、内蔵型の高度計により測定された前記高度Ｈに基づいて、融着接続処理において使用される高度補償された融着電流I*iを決定する手段と、
前記融着電流I*iの一つである事前融着電流を用いて前記電気アークの放電を開始することで、前記光ファイバを清浄するとともに、初期における前記電気アークの中心位置Ｘ0を検出する手段と、
前記アークの中心位置Ｘ0に従って前記２本の光ファイバの各端部を再配置する手段と、
前記融着電流I*iの一つである前記主融着電流Ioptを用いて前記電気アークの放電を開始し、前記２本の光ファイバの突き合せ箇所を加熱し、接合部が形成されるように前記２本の光ファイバを接続する手段と、
前記２本の光ファイバの前記突き合せ箇所のクラッド径の初期値を測定し、前記主融着電流Ioptを前記目標電流（Ic,1）へ切り替えて、校正処理を開始する手段と、
前記目標電流（Ic,1）を用いて前記突き合せ箇所を引き続き加熱し、前記突き合せ箇所のクラッド径が所定の閾値に達するまで、該クラッド径の減少を測定する手段と、
前記クラッド径が所定の閾値に達すると前記電気アークの放電を停止し、前記校正処理について消費された総融着時間（ｔ2）を算出し、該総融着時間から有効融着電流（Ic,2）を導出する手段と、
前記目標電流（Ic,1）と有効融着電流（Ic,2）とを用いて、補償に必要とされる補償融着電流ΔIc（ΔIc＝Ic,1 - Ic,2）の量を算出する手段と、
前記校正処理において使用された目標電流（Ic,1）と、種々の接続処理において使用される電流との間の差を補償するために訂正因子δi（δi＝1 - 0.5（Ic,1 - Ii）/Ic,1）を算出する手段と、
前記種々の融着電流Ｉｉの値を置き換えるために必要となる新しい電流INEW,i（INEW,i＝I*i + δiΔIc）を、前記高度と、前記補償融着電流ΔIcと、前記訂正因子δiを用いて算出する手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の校正装置。
【請求項９】
融着領域における空中放電からの熱発光を観測することでアーク強度分布を測定する手段と、
前記校正処理中に、前記電気アークの空間移動を観測することで、前記電気アークの中心位置（Ｘc）を推定する手段と、
前記電気アークの乱れが所定値を超えると、警告信号を発生する手段と
を含む請求項８に記載の校正装置。
【請求項１０】
前記目標電流Ic,1を用いて前記電気アークの放電を開始する手段と、
前記クラッド径の測定精度を向上させるために、ＡＧＣ機能を無効にし、かつ、予め定義されたＣＣＤ設定を用いることで、ＣＣＤカメラを故意に飽和させる手段と、
加熱された前記２本の光ファイバの像を２つの垂直な方向から撮影するとともに、強度分布を抽出する手段と、
前記強度分布に係る第１の導関数を取得し、前記２つの垂直な方向から撮影された像から得られた値を平均化することで、前記クラッド径を導出する手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項７ないし９の何れか１項に記載の校正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ接続装置における融着温度の校正（キャリブレーション）方法及び構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
スプライサ（接続機）における融着温度が、作業環境の大きな変化、例えば、高度、温度及び湿度等の変化のために変動することは、よく知られている。明確に規定された作業環境においても、電極状態の変化、例えば、電極の磨耗や電極に堆積したシリカ層の動的な変化のために、融着温度が変動しうる。融着パラメータ（例えば、融着電流及び融着時間等）の設定が同一であったとしても、スプライサの製造工程における有限許容差により、同一種のスプライサ間で、異なる融着温度になることもある。融着温度の変動の結果として、一貫性のない接続結果（例えば、接続損失、接続強度及び損失推定等に関する結果）が、特定のスプライサや複数の同等のスプライサ間において生じる。
【０００３】
過去、多くの科学者が、作業環境、電極の状態及び機械公差など、接続処理における個々の要因や影響の研究及びモデル化に努力してきた。しかしながら、今日までに、市販のスプライサについての適切なモデルを見出すには至っていない。この原因は、主に、技術的理由及び接続処理のかなり複雑な性質のためである。従って、個々の要因のモデル化ではなく、これら要因の総合的な影響を低減するための種々の校正処理が提案され、開発されてきた。この校正処理は、直接的又は間接的に、放出熱エネルギーや融着温度を測定することを含む。これは、所謂、アーク試験処理又はアーク検査処理である。
【０００４】
一般に参照される方法の１つが、住友電工の特開平５−１５０１３２号及びフジクラの米国特許第５，００９，５１３号で開示されるファイバメルトバック法である。この方法により、ファイバの両端は、既知のギャップで配置され、電気アークにより加熱される。熱処理は、ファイバの両端を退縮させるため、その結果、ギャップが増加する。ギャップの変化量を測定することにより、放出熱エネルギーを判定できる。しかしながら、ファイバの両端の退縮は、アークの広がり度（例えば、アーク強度分布の有効幅における変化）により悪影響を強く受けることが分かる。従って、この方法により、高精度の校正は実行されない。
【０００５】
他の種類の方法は、オフセット接続法（エリクソンの米国特許第５，７７２，３２７号；フジクラの米国特許第４，９４８，４１２号及び米国特許第６，２９４，７６０号を参照）である。これらの方法により、２つのファイバは、初期のコア／クラッドの軸方向オフセットで接続される。表面張力効果のため、接続処理中、軸方向オフセットが減する。オフセットの相対的な減少を測定することにより、放出熱エネルギーが判定される。これらの方法は、アークの広がり度の影響は少ないが、この処理は、「アークの乱れ」、すなわち、電極に堆積したシリカ層の動的変化によって起こるアーク強度分布の３次元的な移動により悪影響を強く受けることがある。アークの乱れは、オフセット接続点に堆積したエネルギー量を変化させる。これにより、ある校正の結果と他の校正の結果とが一貫性のないものとなってしまう。
【０００６】
気圧センサの方法（フジクラの欧州特許第５８３，１５５号及び欧州特許第５０４，５１９号を参照）及び電極インピーダンス検出の方法（古河電気工業の特開平９−５５５９号を参照）等の他の方法は、主にスプライサのハードウェア構成に依存する。この方法は、ハードウェア構成要素の有限許容差のため、同等のスプライサ間の融着電流における補償差に対して、適用できない。また、これらの方法の信頼度は、作業環境に強い影響を受ける構成要素により、低下する恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、全ての外部環境を考慮しない既存技術の欠点を有さず、しかも光ファイバ接続装置における融着温度の校正の高信頼性及び高精度を提供する方法を如何にして開発するかに関する。
【０００８】
本発明の目的は、信頼性のある校正方法を確立することである。
【０００９】
上記問題は、本発明において、高度の変化及びアークの広がりを考慮した融着温度の校正方法により解決される。
【００１０】
さらに詳細には、上記問題は、本発明において、光ファイバ接続装置における融着温度の校正方法により解決される。ここで、ファイバ接続部を加熱する電気アークに対する融着電流は、校正が実行される高度に関連して補償される。融着温度は、電気アークの中心に位置する被加熱ファイバのクラッド径の減少を実時間検出することに基づいて判定される。融着温度の判定は、種々の接続処理において、予測された融着電流の値を置き換えるために必要な新しい電流の計算に使用される。
【００１１】
本発明の利点は、本発明に係る方法によって、校正の高信頼性及び高精度を提供されることである。
【００１２】
次に、添付の図面に関連する好適な実施形態を使用して、本発明をさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
光ファイバが電気アークにより加熱される場合、融着領域の中心部の温度は、２，０００℃を超える。そのような高温において、融着領域のファイバは液状化される。温度の上昇に伴い液体の粘度が高くなるため、粘度分布は、融着領域において温度に依存し、クラッドの近傍及びファイバの少なくとも一方の内部で接線方向の力が発生する。その結果、アークの中心部のクラッド径が、延長された融着時間中に減少する。クラッドの減少領域は、粘度及び表面張力の影響により、融着時間の増加に伴い拡張される。ファイバは、最終的に切断される。この固有の現象の経過は、加熱されたファイバの画像と共に図１に概略的に示される。
【００１４】
実験中、クラッド径の大幅な減少が発生する合計融着時間は、ファイバに堆積したアークの放出エネルギー量に大きく関連することが分かった。換言すると、明確に規定された目標融着電流（すなわち、校正処理において使用される電流）に対して、融着温度の変動は、クラッド径の相対的な減少により定義される融着時間の増減を測定することにより導き出される。
【００１５】
図１に示される固有の現象を使用して、融着温度の校正処理を完全にする。まず、２つのファイバ（通常、ＳＭＦ２８ファイバ）を互いに接続する。次に、事後融着処理により、明確に規定した目標電流でもって継続的に加熱する。事後融着処理（すなわち、校正処理）において、２つの熱画像は、２つの垂直方向から撮影され、対応する被加熱ファイバの直径は、２つの垂直方向から測定した値を平均して計算される。この画像処理は、１５０ｍｓの時間間隔で定期的に繰り返され、同時に、被加熱ファイバの直径の減少が監視される。直径の減少が閾値（例えば、元の直径の９５％）に到達すると、熱処理は終了し、累積した合計融着時間が計算される。合計融着時間は、融着温度や放出熱エネルギーを提供する有効な融着電流に転送される。これが、所謂、実時間監視（ＲＴＭ：リアルタイムモニタリング）である。
【００１６】
事前処理では、通常の接続を実行する。事前処理は、校正処理に含まれなくてもよいことを示す必要がある。原則的に、校正処理は、露出したファイバ（例えば、ウィンドウ除去済ファイバ）を加熱することのみを必要とする。しかしながら、実験において、ウィンドウ除去済ファイバは、横軸（x，y）方向における左右のファイバホルダシステム間の初期オフセットのために、融着処理中に歪曲してしまう可能性があることが分かる。この歪曲は、被加熱ファイバの直径の測定において誤差を引き起こし、その結果、校正の精度を低下させる可能性がある。
【００１７】
従って、本発明において、事前処理のうち通常の接続処理は、ファイバホルダシステムの自動調芯を行うために導入され、これによりオフセットが除去される。あるいは、事前処理のうちファイバホルダシステムの自動調整は、スプライサの横軸（x，y）方向で、組み込まれた位置センサにより実行される。
【００１８】
図１に示される固有の現象をよく考察することにより、明確に規定されたクラッド径の減少に対する合計融着時間tと目標電流Iとの間の校正が、実験的に判定される。エリクソン製のＦＳＵ１５スプライサを例として挙げると、図２において、tはI（ここで、I = 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5mA）の関数としてグラフ化される。グラフ中、tは、被加熱ファイバのクラッド径の相対的減少値Δにより定義される。ここで、Δ = 1 - D/D0 = 5％は、校正処理を終了させるための閾値を設定する。D0は、元のクラッド径であり、Dは、ＲＴＭ処理中に計測される被加熱ファイバの減少後のクラッド径である。
【００１９】
図２に示される実験データ（黒丸）は、「ほぼ新しい電極」（例えば、通常、２０個の標準接続に使用される電極）の下で取得される。各データ点は、３つの同等のスプライサから取得される９つの接続部の平均値を示す。図２に示されるエラーバーは、標準偏差である。データをフィッティングさせることにより、tとIとの関係は、単一の指数関数的な減衰関数（図２の破線を参照）により表現できることが分かった。すなわち：
【００２０】
【数１】
0004440764.tif 000002
【００２１】
式中、c1及びc2は、フィッティング定数である。
【００２２】
式（１）より、作業環境の変化、電極の状態の変化及び機械公差による融着温度の変動は、校正できる。ある目標融着電流Ic,1に対して、式（１）より推定融着時間がt1であると仮定する。校正処理の実行後、測定した融着時間t2を取得する。有効融着電流Ic,2は、式（１）より計算できる。補償に必要な融着電流の量を取得する：
【００２３】
【数２】
0004440764.tif 000003
【００２４】
ある目標電流Ic,1から導かれた補償電流ΔIcは、接続処理における全ての融着電流Ii（i =1, 2...）に適応可能であると仮定すると、種々の接続処理における融着電流Iiの値の置換に必要な新しい電流INew,iは、以下の式で表されることが必要である：
【００２５】
【数３】
0004440764.tif 000004
【００２６】
残る問題は、校正するのに適切な目標電流Ic,1の選択方法と、式（３）で与えられた仮定により生じる誤差である。
【００２７】
最適な主融着電流IOptが最小の接続損失を達成するために最も重要なパラメータの１つであるため、原則的に、主融着電流IOptが、校正処理の目標電流として使用されるべきであることは明らかである。しかしながら、実用上の理由から、IOptとは異なる目標電流Ic,1（すなわち、IOpt ≠ Ic,1）を使用して校正処理を実行することが好ましいこともある。エリクソン製のＦＳＵ１５スプライサを例として挙げる。目標融着電流としてIc,1 = IOpt = 8mAを設定すると、校正処理の推定時間t1は相当長く、t1 ≒ 91秒である。融着時間が長いと、アークが不安定になるという問題を引き起こす可能性があることは、よく知られている。アークの不安定という問題を回避するため、Ic,1をある程度まで増加させることが必要な場合もある。例えば、校正処理の高速化のために、Ic,1  ＝  9.5mA（t1 ≒ 11秒に対応する）を使用する。校正に対して異なる目標電流を使用する場合の校正誤差を推定することは、興味深い。
【００２８】
基礎物理学より、融着温度Tは、融着処理中、アーク放出エネルギー又は消費電力に比例することが分かる。すなわち：
【００２９】
【数４】
0004440764.tif 000005
【００３０】
式中、Vは電極に印加される融着電圧、neはアークにおける電子密度、Pは気圧、Aは比例定数である。明確に規定された高度に対して、P及びneは、定数である。従って、式（４）は、他の定数Kを使用して書き換えられる：
【００３１】
【数５】
0004440764.tif 000006
【００３２】
補償電流をΔIc、最適な主融着温度に対する温度変動をΔTOpt、目標融着温度に対する温度変動をΔT1（TOpt ≠ T1）と仮定すると、以下の式が得られる：
【００３３】
【数６】
0004440764.tif 000007
【００３４】
ΔIc2 ＜＜ IOpt2且つIc2 ＜＜ Ic,12であるから、式（６）及び（７）は、以下の式で近似される：
【００３５】
【数７】
0004440764.tif 000008
【００３６】
式（８）及び（９）に式（５）を挿入すると、以下の式が得られる：
【００３７】
【数８】
0004440764.tif 000009
【００３８】
すなわち：
【００３９】
【数９】
0004440764.tif 000010
【００４０】
IOptとIc,1との間のオフセット電流をΔIOff（すなわち、ΔIOff = Ic,1  - IOpt）と仮定すると、オフセット電流ΔIOffによる融着温度校正における誤差δErrは、以下の式で推定される：
【００４１】
【数１０】
0004440764.tif 000011
【００４２】
(Ic,1 - IOpt) ＞＝ 0である場合、ΔTOpt/ΔT1 ＜＝ 1であり、すなわち、誤差δErrだけ融着温度を高く推定することになる。一方、(Ic,1 - IOpt) ＜ 0である場合、ΔTOpt/ΔT1 ＞ １であり、すなわち、δErrだけ、融着温度が低く推定される。
【００４３】
式（５）の導関数を取ると、以下の式が得られる：
【００４４】
【数１１】
0004440764.tif 000012
【００４５】
式（１５）に式（５）を挿入すると、以下の式が得られる：
【００４６】
【数１２】
0004440764.tif 000013
【００４７】
式（１６）は、融着電流の相対変化が融着温度の相対変化の２分の１の因子であることを示す。従って、種々の接続処理における個々の融着電流Ii（i = 1, 2...）に対して、ΔIOff,i = Ic,1 - Iiによる誤差を以下の式により推定できる：
【００４８】
【数１３】
0004440764.tif 000014
【００４９】
正確な校正を行うため、校正処理において誤差を補償する誤り訂正因子δiを導入する。式（３）は以下の式で書き換えられる：
【００５０】
【数１４】
0004440764.tif 000015
【００５１】
式中、i = 1, 2...は、補償に必要な融着電流の数である。エリクソン製のＦＳＵ１５ＦＩ接続（i = 1, 2...6）の場合、これら電流は、種々の接続処理において、事前融着電流、ギャップ電流、オーバラップ電流、主電流、プル電流及び緩和電流である。
【００５２】
さらに、校正を実行するための目標電流Ic,1の設定に最良な範囲をチェックすること、且つ融着電流補償に関して推定された精度をチェックすることも興味深い。
【００５３】
図２をさらに詳細に考察することにより、校正に最良な範囲は、Ic,1 を9.5〜9mA（対応する時間は、ｔ1 ≒ 11〜21秒である）間に設定することが分かるであろう。これは、この範囲の校正時間が、最適な主融着電流（IOpt = 8mA、ｔ1 ≒ 91秒）を使用する校正時間と比較して相当短く、補償に必要な校正誤差もまた、式（１７）によると約6%〜8%と小さいからである。
【００５４】
この処理における精度を推定するために、融着電流は、Ic,1 ≒ 9.5〜9.0mAの範囲において、±0.1mAの変動があると仮定する。図２によると、約0.2〜1.2秒の統計エラーバーを有する約1.5〜3秒の分解時間が得られる。これは、0.1mAよりも高い精度の校正が、校正処理において達成されたことを示す。
【００５５】
アーク再調芯の概念は、最初にW. Huang他（エリクソンのＷＯ０１／８６，３３１を参照）により提案された。この概念によると、接続処理で取得された熱画像を評価し、一連の接続において最良な接続点を設定するためにアークの中心位置を予測する。前述の予測方法とは異なり、本発明では、接続前の事前融着処理において検出されたアークの中心に関してファイバの両端を直接再配置するように、アーク再調芯の概念を拡張する。すなわち、所謂、直接アーク再調芯処理である。
【００５６】
図３は、事前融着処理から抽出された熱画像を示す。一般に、この事前融着処理は、光ファイバの表面上の微粒子を除去する電気清浄のために開発される。融着領域の空中放電からの熱発光が、ＣＣＤ（charge coupled device：電荷結合素子）カメラにより確認されることが分かる。光の放射がアークの強度分布に直接関係しているため、校正前のアークの空間移動に関する情報は、空中放電において放射された光強度分布をよく解析することにより取得できる。
【００５７】
空中放電の光強度分布は、図３に示される熱画像の細線の位置から抽出された。その分布は、図４にグラフとして示されている。熱画像解析技術（次のセクションで説明される）により、アークの中心の初期位置Ｘ0 （ここで、Ｘ0 ≒ ３５９．５画素）が判定される。ファイバの両端の位置は、アークの中心に関して再配置される。従って、アークは、接続点に関して再調芯され、校正処理におけるアークの広がり及びアークの乱れの問題は、抑制される。
【００５８】
自動融着スプライサの場合、画像処理と共にＣＣＤカメラが画像解析に使用される。撮影システムのダイナミックレンジを拡張するために、通常、ＣＣＤカメラは、積分時間（ＩＴ）及び前置増幅器の利得（Ｇ）等の制御パラメータにより規定される自動利得制御（ＡＧＣ）機能を内蔵する。電気アークがファイバを加熱すると、ファイバ内の固体プラズマ励起による光の放射が、ＣＣＤカメラにより確認される。発光スペクトルは、紫外線から赤外線まで広い範囲にわたる。ＣＣＤカメラは、主に可視光線に反応する。ＣＣＤカメラから取得される光強度分布は、ＣＣＤの設定（例えば、ＩＴ及びＧ）に大きく依存する。
【００５９】
図５は、8.5mA、9mA、10mAそれぞれの目標電流に対して、固定のＣＣＤ設定（すなわち、IT = 1/2000秒、G = 5dB）を有するエリクソン製のＦＳＵ１５スプライサのＣＣＤカメラによって取得される熱画像の典型例を示す。融着電流が低い（図５ａを参照）場合、明らかに熱画像内においてファイバのコア（すなわち、画像中心部の白線）を確認できることが分かる。高い融着電流の場合、明るい区域が熱画像に発生し（図５ｂ及び図５ｃを参照）、その区域の幅は、融着電流の増加とともに拡張し、ＣＣＤカメラの飽和を示す。
【００６０】
通常の接続の応用では、ファイバコアからの情報が、接続結果の解析、例えば、接続損失の推定等のために抽出される。ＡＧＣ機能は、ＣＣＤカメラの飽和を防止するために稼働している必要がある。しかしながら、予め設定された校正の応用では、熱画像から抽出されるべき最も重要な情報は、ファイバコアの情報ではなく、アークの中心で発生するクラッド径の変化である。
【００６１】
図５ｃより、融着領域のコアの情報は、ほぼ失われる。しかしながら、クラッドと背景との間の光強度の差異は、図５ａ及び図５ｂに示される差異と比較して、かなり強調されることが分かる。これは、関心のある範囲（例えば、Ic,1 = 8.5〜9.5mAの範囲）でＣＣＤカメラの飽和を意図的に高め、クラッドの縁部における強度の差異を強調できることを意味する。このことにより、熱画像の解析処理を単純化できる。この概念を明らかにするため、以下のように、図５ｃの画像解析のデジタル化処理をシミュレートする。
【００６２】
図６は、通常のＣＣＤカメラの設定、例えば、IT = 1/2000秒及びG = 5dBを使用して取得される熱画像を示す。図６の十字状のカーソルは、水平及び垂直の双方の強度分布が抽出される位置を示す。「５画素カーソル幅」の平均値は、特に規定されない限り、図６のデータ抽出において使用される。
【００６３】
初期のアーク中心Ｘ0 の測定とは異なり、校正中のアークの中心位置Ｘc は、空中放電からではなくファイバからの光の放射を使用して抽出される。アークの中心位置Ｘcは、図６の水平方向の十字状のカーソルによって示される被加熱ファイバの約１／４の幅の位置で判定される。ＣＣＤの飽和（この場合、飽和の閾値は、２５５階調）のため、強度分布は、台形状のガウス分布となる。従って、有効なアーク領域の幅ω = 581 - 155 = 426画素、及びアークの中心位置Ｘc  = 426/2 + 155 = 368画素（図７ａ参照）は、容易に導き出される。
【００６４】
アーク中心検出技術により、ΔX = Ｘc - Ｘ0 により定義されるアークの乱れは、実時間監視される（ここでは、アークの乱れは、ΔX = 368 - 359.5 = 8.5画素である）。校正処理中、アーク中心位置に大きな変化が見られる（例えば、ΔX ＞＝ 20μm）場合、警告信号が発生し、作業者に警告が与えられる。この技術は、作業者が校正処理を制御し、校正を再実行することを可能とする。従って、アークの乱れによる校正誤差は、さらに限定される。
【００６５】
図７ｂは、図３に示される初期のアークの中心位置（Ｘ0 = 359.5画素）で抽出される被加熱ファイバの直径の強度分布を示す。ここでもまた、台形状のガウス分布が得られる。図７ｂの分布Ｄの幅は、明らかに、被加熱ファイバのクラッド径を表す。クラッド径Ｄを正確に判定するために、さらに高度化された方法、すなわち、「分布の導関数」が使用される。
【００６６】
図７ｃ及び図７ｄにおいて、図７ｂに示されるクラッド径分布の１次導関数及び２次導関数をグラフに示す。双方の例において、明確なピークが、雑音の頂点に表されることが分かる。１次導関数は、相対的に低騒音を有し、解析に対してより適切な分布を与える。図７ｃに示される正のピークと負のピークとの間の距離により、クラッド径Ｄの厳密な測定値が得られることは明らかである。この距離の計算方法は、いくつかある。この距離を求める単純な方法の１つは、分布における最大値及び最小値の座標の差（例えば、この場合、D = 157.22画素）を測定することである。解析の際に生じる雑音の影響を制限するために、雑音の一部を除去又は雑音を除去する閾値（例えば、±５０階調）を設定できる。
【００６７】
上述より、高度の著しい変化は、融着温度に大きな影響を与えることが分かる。図８において、補償融着電流は、高度及び元の主融着電流（例えば、10、12、14及び16mA）の関数としてグラフ化される。図８は、高度が５，０００ｍまで上昇する場合、最適な融着温度を維持するために、融着電流が約７０％増加する必要があることを示す。
【００６８】
図２に示される校正モデルより、総校正範囲は、約±２ｍＡであることが分かる。ＦＳＵ１５スプライサにおける倍率を考慮すると、高度に関して対応する範囲は約±２，０００ｍである。これは、この校正処理が、高度±１，０００ｍにおける変化に問題なく対応できることを示す。しかしながら、非常に大きな高度の上昇に対して、高度の強い影響を補償する別の方法を導入する必要がある。
【００６９】
図８に示されるデータをフィッティングさせることにより、高度の融着電流依存性は、放物線の近似により表現される：
【００７０】
【数１５】
0004440764.tif 000016
【００７１】
式中、Ｈは高度（標高）である。Ij（j = 1, 2,...）は、補償前の融着電流である。一方、I*j（j = 1, 2,...）は、校正処理で使用される補償電流である。hk (k = 1, 2,...5)は、フィッティングパラメータである。
【００７２】
種々の接続処理において、融着電流の補償に使用される式（１８）及び（１９）は、以下の式に書き換え可能である：
【００７３】
【数１６】
0004440764.tif 000017
【００７４】
高度補償に対する自動処理を開発するために、高度Hは、自動的に検出される必要がある。Hの値を取得する方法は、多数ある。例えば、スプライサに内蔵された市販の高度計を使用する方法、又は、入手可能な知識及び情報を使用した経験等に基づく推測によりHの値を取得する方法等である。
【００７５】
本発明において、気圧センサを使用して高度計を構成する方法を提案する。基礎物理学（文献Pressure Altimeterの「Concise Encyclopedia of Science and Technology」McGraw Hill著、第３版、１９９４年を参照）によると、高度と圧力との関係は、以下の式で表される：
【００７６】
【数１７】
0004440764.tif 000018
【００７７】
式中、Pは、標準気圧であり、Hは、高度である。式は、海抜４，５００ｍまでの高度に対して有効である。b1、b2及びb3は、フィッティングパラメータであり、b4は、圧力センサの校正定数である。
【００７８】
上述によると、融着温度校正に対する「アーク検査」の処理が開発され、エリクソンのＦＳＵ１５スプライサにおいて実現される。校正処理は、図９ａ及び図９ｂに示されるプログラムフローチャートに示される。
【００７９】
最適な融着温度を回復するために、校正結果ΔIc及び高度Hは、自動的に呼び出され、種々の融着処理において融着電流を補償する。動作原理は、図１０のプログラムフローチャートによって示される。
【００８０】
本発明は、当然、上述に限定されることなく、実施形態で示される図において、特許請求の範囲の範囲内で変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は、クラッド径の減少にともなう融着時間の依存性を概略的に示す図である。
【図２】図２は、クラッド径の相対的な減少により定義される融着時間と目標融着電流との相互関係を示す図である。
【図３】図３は、接続の前に予めファイバの両端を再配置すべく、アークの中心の初期位置を決定するために使用される、事前の融着処理から抽出された熱画像を示す図である。
【図４】図４は、図３に示される細い線の位置における、熱画像から抽出された光強度分布を示す図である。
【図５ａ】、
【図５ｂ】、
【図５ｃ】図５ａ〜図５ｃは、個々の目標融着電流に対するＣＣＤカメラの飽和についての比較を示す図である。
【図６】図６は、一般的なＣＣＤカメラの設定を使用して取得される熱画像を示す図である。
【図７ａ】、
【図７ｂ】、
【図７ｃ】、
【図７ｄ】図７ａ〜図７ｄは、水平方向及び垂直方向の双方における強度分布とその解析結果とを示す図である。
【図８】図８は、融着電流の高度依存性を示す図である。
【図９ａ】、
【図９ｂ】図９ａ及び図９ｂは、融着電流の校正を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、融着電流の補償を示すフローチャートである。
【図２】
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【図４】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１】
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【図３】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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