(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光ファイバと第２光ファイバを融着接続する光ファイバスプライサであって、
放電手段と、
前記放電手段により清掃放電された後の、融着すべき前記第１及び第２光ファイバの端部を撮像する互いに直交するように配置された第１及び第２カメラと、
前記第１及び第２カメラで撮像された画像を画像処理する手段と、
前記画像処理により、前記第１及び第２光ファイバの端面の角部の曲率半径を算出する手段とを具備し、
算出した前記角部の曲率半径に基づいて前記第１及び第２光ファイバの溶け易さを光ファイバスプライサに認識させ、融着接続条件を自動設定することを特徴とする光ファイバスプライサ。
【請求項２】
画像処理により、前記第１及び第２光ファイバのコア径の差及び外径差を算出する手段と、
前記外径差に応じて放電位置の自動調整を行なう手段とを更に具備したことを特徴とする請求項１記載の光ファイバスプライサ。
【請求項３】
前記第１及び第２光ファイバのコアの中心部と周囲の輝度比を算出する手段を更に具備し、
前記第１及び第２光ファイバのコア径及び算出した輝度比に基づいて該第１及び第２光ファイバのモードフィールド径を推定し、最適放電時間を設定することを特徴とする請求項１記載の光ファイバスプライサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ接続のための低損失接続条件を自動的に設定可能な光ファイバスプライサに関する。
【０００２】
光通信装置に使用されている各種光モジュールは、光ファイバを融着接続（以下スプライスと称する）して組み立てられた各種の光部品を使用している。光ファイバのスプライス工程では低損失の接続が求められている。
【０００３】
【従来の技術】
図１はコア直視型スプライサを示している。コア直視型スプライサの本体２中には放電装置、ＣＣＤカメラ等が収容されている。４は本体２のカバーであり、移動ステージ６が挿入されている。
【０００４】
作業者は、移動ステージ６上に一対の接続すべき光ファイバ８，１０をセットし、光ファイバ８，１０の端部をＣＣＤカメラで撮像し、この撮像された画像をモニタ１２で観察し、画像処理により接続すべき光ファイバ８，１０の先端位置を認識し、移動ステージ６によって精密調芯を行ない、アーク放電により一対の光ファイバ８，１０の融着接続を行なう。
【０００５】
図２に示すように、スプライサによる光ファイバの融着接続には、放電時間、放電強度、ファイバ押し出し前放電時間、放電位置オフセット（接続位置を放電の中心に合わせるための移動距離）といった接続条件がある。
【０００６】
図３は放電位置オフセットの説明図である。破線にあった一対の電極棒１４，１６を距離Ｓだけ移動して、光ファイバ８，１０の接続位置を電極棒１４，１６による放電の中心に合わせる。この移動距離Ｓを放電位置オフセットと称する。
【０００７】
従来のコア直視型スプライサによる光ファイバの融着接続では、作業者が試行錯誤によって、図２に示す各条件パラメータのうち、放電時間、前放電時間、押し込み距離、放電強度の各パラメータを、実際の損失を計測しながら調査し、最適条件（接続損失が最も小さくなる条件）を設定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように人手によってスプライス最適条件を設定する場合は、各条件パラメータの調査毎に最低でも３０本以上スプライスを実行しなければならず、非常に時間がかかるという問題がある。１条件設定につき約２〜３日かかる場合もある。
【０００９】
光モジュールには多種類の光ファイバが使用されており、同一の条件で低損失な接続を実現することは不可能である。また、光ファイバのばらつきによっても条件が変化するため、接続損失が大きくなり、光モジュールに不具合が発生する。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光ファイバ接続のための低損失接続条件を自動的に設定可能な光ファイバスプライサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、第１光ファイバと第２光ファイバを融着接続する光ファイバスプライサであって、放電手段と、前記放電手段により清掃放電された後の、融着すべき前記第１及び第２光ファイバの端部を撮像する互いに直交するように配置された第１及び第２カメラと、前記第１及び第２カメラで撮像された画像を画像処理する手段と、前記画像処理により、前記第１及び第２光ファイバの端面の角部の曲率半径を算出する手段とを具備し、算出した前記角部の曲率半径に基づいて前記第１及び第２光ファイバの溶け易さを光ファイバスプライサに認識させ、融着接続条件を自動設定することを特徴とする光ファイバスプライサが提供される。
【００１３】
光ファイバのスプライス最適条件に起因する大きな項目は、光ファイバの溶け易さと、左右にセットされた光ファイバのコア径（モードフィールド径）、クラッド径の差（外径差）である。非常に溶け易い光ファイバや、左右光ファイバが大きな外径差を有する場合には、スプライス最適条件は通常の条件と大きく変わってくる。
【００１４】
光ファイバのスプライス時には、セットされた光ファイバの表面上の汚れや異物を取り除くため、軽くアーク放電を行なう。これを清掃放電と呼んでいるが、このとき、光ファイバの端面の角も取れてフィレット状になる。
【００１５】
このフィレット形状は光ファイバの溶け易さに相関している。本発明は、この端面の角のフィレット形状を画像処理することによって、角度の溶融度、例えば角部の曲率半径を算出し、光ファイバの溶け易さを認識させ、接続条件を最適化する。
【００１６】
好ましくは、光ファイバスプライサは、画像処理により、第１及び第２光ファイバのコア径の差及び外径差を算出する手段と、外径差に応じて放電位置の自動調整を行なう手段とを更に具備している。
【００１７】
第１及び第２光ファイバの外径差はＣＣＤカメラで計測し、放電位置の自動調整手段により放電位置オフセットを最適化する。
【００１８】
光ファイバスプライサは更に、コア中心部と周囲の輝度比を算出する手段を具備しており、第１及び第２光ファイバのコア径及び算出した輝度比から第１及び第２光ファイバのモードフィールド径を推定し、モード変換が最適化されるように放電時間を自動設定する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図４は本発明実施形態の構成図を示している。２は光ファイバスプライサ１の本体であり、本体２内には放電装置及びＣＣＤカメラ等が収納されている。本体２のカバー４内には移動ステージ６が摺動可能に挿入されている。
【００２０】
接続すべき光ファイバ８，１０の一端がカバー４内の移動ステージ６上に載置されており、光ファイバ８の他端は光源２４に、光ファイバ１０の他端はパワーモニタ２６にそれぞれ接続されている。
【００２１】
１２はコア直視型スプライサ１の画像処理モニタであり、スプライサ１は制御用パソコン２０とＲＳ２３２Ｃシリアルケーブル２２で接続されている。
【００２２】
図５は接続すべき光ファイバ８の概略構成図を示している。光ファイバ８は直径９μｍのコア２８を直径１２５μｍのグラッド３０が包囲しており、更にクラッド３０の周囲は樹脂３２で被覆されている。
【００２３】
コア直視型スプライサでは、図６（Ａ）に示すようにスプライスすべき一対の光ファイバ８，１０がＸ方向及びＹ方向のＣＣＤカメラ３４，３６によって観察される。図６（Ｂ）に示すように、Ｘ方向ＣＣＤカメラ３４とＹ方向ＣＣＤカメラ３６の光軸は直交している。
【００２４】
図７は清掃放電後のスプライサのモニタ画像を示しており、８´，１０´はモニタ１２上の光ファイバ画像を示している。光ファイバ８´，１０´のコア２８´は画面上では明るく写り、クラッド３０´は暗く写る。よって、光ファイバのコアとクラッドは画面上の明暗で認識される。
【００２５】
本発明では、清掃放電後に図７中のＡ，Ｂ，Ｒ１，Ｒ２，Ｐ０，Ｐ１を計測する。Ａはクラッド径、Ｂはコア径、Ｒ１，Ｒ２は光ファイバ端の中心からクラッド半径部分内側に移動した点から、光ファイバ端の角へ４５度の直線を引いたときの、２つの角部までの距離を表す。
【００２６】
Ｐ０はコア中心部の輝度、Ｐ１はコア周囲部の輝度を表す。左右の光ファイバ８´，１０´毎に計測する。図示された画像はＸ画面上の画像であり、Ｙ方向のＣＣＤカメラ３６で撮像したＹ画面上の画像についても同様に計測する。
【００２７】
Ｘ画面上の左（Ｌ）右（Ｒ）の各パラメータを、ＸＬＡ，ＸＬＢ，ＸＬＲ１，ＸＬＲ２，ＸＬＰ０，ＸＬＰ１，ＸＲＡ，ＸＲＢ，ＸＲＲ１，ＸＲＲ２，ＸＲＰ０，ＸＲＰ１とする。
【００２８】
同様に、Ｙ画面上の左（Ｌ）右（Ｒ）の各パラメータを、ＹＬＡ，ＹＬＢ，ＹＬＲ１，ＹＬＲ２，ＹＬＰ０，ＹＬＰ１，ＹＲＡ，ＹＲＢ，ＹＲＲ１，ＹＲＲ２，ＹＲＰ０，ＹＲＰ１とする。
【００２９】
左右光ファイバの溶け易さαＬ，αＲは下記の（１）式で算出する。（１）式はαＬの算出であるが、右光ファイバ（αＲ）も同様である。
【００３０】
αＬ＝（√２×ＸＬＡ−ＸＬＲ１−ＸＬＲ２）＋（√２×ＹＬＡ−ＹＬＲ１−ＹＬＲ２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
左右光ファイバの外径差βは（２）式で算出する。
【００３１】
β＝（ＸＬＡ＋ＹＬＡ）／２−（ＸＲＡ＋ＹＲＡ）／２・・・・・（２）
また、左右光ファイバのモードフィールド径の差は下記の（３）式で算出する。
【００３２】
ＬＰ０＝（ＸＬＰ０＋ＹＬＰ０）／２、ＲＰ０＝（ＸＬＰ０＋ＹＬＰ０）／２
ＬＰ１＝（ＸＬＰ１＋ＹＬＰ１）／２、ＲＰ１＝（ＸＬＰ１＋ＹＬＰ１）／２
γＬ＝（ＸＬＢ＋ＹＬＢ）／（ＬＰ１／ＬＰ０）1/2
γＲ＝（ＸＲＢ＋ＹＲＢ）／（ＲＰ１／ＲＰ０）1/2
γ＝｜γＬ−γＲ｜・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
本発明では、通常のシングルモード光ファイバの接続条件の設定値（これを基準値とする）に対し、α，β，γ及び係数によって、スプライス最適条件をスプライス時に自動設定する。
【００３３】
自動設定するパラメータは、放電時間、放電強度、前放電時間、放電位置オフセットである。
【００３４】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は光ファイバの外径差による放電位置オフセットの設定を説明する図である。まず、図８（Ａ）に示すように、光ファイバ３８，４０の外径ＬＡ，ＲＡを計測する。これらの外径に基づいて、外径差ＲＡ−ＬＡを計測する。
【００３５】
計測した外径差に合わせて太い方の光ファイバ４０に放電中心位置を移動させる。具体的には、一対の電極棒１４，１６を距離Ｓだけ移動させる。この距離Ｓを放電位置オフセットと称する。
【００３６】
通常のシングルモード光ファイバの接続条件の放電時間をＴ、放電強度をＰ、ファイバ押し出し前放電時間をＰＴ、放電位置オフセットをＳ（中心からの距離。右側を正方向とする）とすると、最適条件の計算式は以下の通りとなる。
【００３７】
Ｔ´＝Ｔ×γ×係数１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
Ｐ´＝Ｐ×１／（αＬ＋αＲ）×係数２・・・・・・・・・・・・（５）
ＰＴ´＝ＰＴ×（αＬ＋αＲ）×係数３・・・・・・・・・・・・（６）
Ｓ＝β×（αＲ／αＬ）×係数４・・・・・・・・・・・・・・・（７）
本発明では、コア径（ＸＬＢ＋ＹＬＢ）／２、（ＸＲＢ＋ＹＲＢ）／２が４０μｍ以上の場合、マルチモード光ファイバと認識させ、外径による調芯方式を取る。
【００３８】
本実施形態では、上述した（４）〜（７）式の各係数は以下のように設定した。
【００３９】
（１）最適放電時間Ｔ´の設定
Ｔ´＝Ｔ×γ×１．２（Ｔ´ｍａｘ＝１０［ｓｅｃ］）
（２）最適放電強度Ｐ´の設定
αＬ  ｏｒ  αＲ≦２０μｍ  のとき、放電強度は変更しない
２０μｍ＜αＬ  ｏｒ  αＲ  のとき、Ｐ´＝Ｐ×（１／αＬ＋αＲ）×４０
（３）最適前放電時間ＰＴ´の設定
αＬ  ｏｒ  αＲ≦２０μｍ  のとき、放電強度は変更しない
２０μｍ＜αＬ  ｏｒ  αＲ  のとき、ＰＴ´＝ＰＴ×（１／αＬ＋αＲ）×２０
（４）放電位置オフセットＳの設定
Ｓ＝−β×（αＲ／αＬ）  （｜Ｓ｜ｍａｘ＝１０［μｍ］）
図９に本発明の接続条件自動設定スプライスフローを示す。
【００４０】
本発明の自動条件設定スプライサでは、従来のスプライスロスの平均０．０５ｄＢ、偏差０．０１に対し、スプライスロスの平均０．０２ｄＢ、偏差０．０１であった。
【００４１】
上述した実施形態では、制御用パソコン２０によりデータを処理しているが、ファームウエアとしてコア直視型スプライサ１に組み込んでも良い。また、上述した実施形態ではカメラを２台用いたが、１台のカメラを互いに光軸が直交するように移動させ、２回撮像するようにしてもよい。
【００４２】
本発明は以下の付記を含むものである。
【００４３】
（付記１）  第１光ファイバと第２光ファイバを融着接続する光ファイバスプライサであって、
放電手段と、
前記放電手段により清掃放電された後の、融着すべき前記第１及び第２光ファイバの端部を撮像するカメラと、
前記カメラで撮像された画像を画像処理する手段と、
前記画像処理により、前記第１及び第２光ファイバの端面の角部の溶融度を算出する手段とを具備し、
算出した前記角部の溶融度に基づいて前記第１及び第２光ファイバの溶け易さを認識させ、融着接続条件を自動設定することを特徴とする光ファイバスプライサ。
【００４４】
（付記２）  第１光ファイバと第２光ファイバを融着接続する光ファイバスプライサであって、
放電手段と、
前記放電手段により清掃放電された後の、融着すべき前記第１及び第２光ファイバの端部を撮像する互いに直交するように配置された第１及び第２カメラと、
前記第１及び第２カメラで撮像された画像を画像処理する手段と、
前記画像処理により、前記第１及び第２光ファイバの端面の角部の曲率半径を算出する手段とを具備し、
算出した前記角部の曲率半径に基づいて前記第１及び第２光ファイバの溶け易さを認識させ、融着接続条件を自動設定することを特徴とする光ファイバスプライサ。
【００４５】
（付記３）  画像処理により、前記第１及び第２光ファイバのコア径の差及び外径差を算出する手段と、
前記外径差に応じて放電位置の自動調整を行なう手段とを更に具備したことを特徴とする付記２記載の光ファイバスプライサ。
【００４６】
（付記４）  前記第１及び第２光ファイバのコアの中心部と周囲の輝度比を算出する手段を更に具備し、
前記第１及び第２光ファイバのコア径及び算出した輝度比に基づいて最適放電時間を設定することを特徴とする付記２記載の光ファイバスプライサ。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によると、スプライス条件を自動で設定できるため、スプライス条件設定の手間が不要となり、スプライスの作業効率が大幅に向上する。また、光ファイバの溶け易さ、コア径、外径の違いに対応して低損失スプライス条件を自動的に設定できるため、スプライス品質が向上する。
【００４８】
さらに、従来光ファイバの種類毎に接続条件を変更していた作業が不要となり、工数低減と作業者のミスによるスプライス不良等を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コア直視型スプライサの概略構成図である。
【図２】スプライス主用条件パラメータを示す図である。
【図３】放電位置オフセットを説明する図である。
【図４】本発明の実施形態構成図である。
【図５】光ファイバの構成を示す図である。
【図６】スプライス時の光ファイバとＣＣＤカメラの位置関係を示す図である。
【図７】清掃放電後のスプライサのモニタ画像を示す図である。
【図８】外径差による放電位置オフセットの設定を説明する図である。
【図９】接続条件自動設定スプライスフローを示す図である。
【符号の説明】
１  コア直視型スプライサ
２  スプライサ本体
６  移動ステージ
８，１０  光ファイバ
１２  画像処理モニタ
２０  制御用パソコン
３４  Ｘ方向ＣＣＤカメラ
３６  Ｙ方向ＣＣＤカメラ
【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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