JP2010117600A - 融着接続機及び融着接続機の接続制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッド径に関わらず接続欠陥を発生することなく光ファイバを融着接続することができる融着接続機及び融着接続機の接続制御方法を提供すること。
【解決手段】対向配置した光ファイバをアーク放電によって融着接続する融着接続機１及び融着接続機の接続制御方法。対向配置した光ファイバＦの端面間隔を調整する駆動機構２と、融着接続の際に駆動機構を制御し、光ファイバのクラッド径に応じて端面間隔を可変に調整する駆動制御部１５とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、融着接続機及び融着接続機の接続制御方法に関するものである。

従来、光ファイバの融着接続機は、接続対象の光ファイバを所定間隔で対向配置し、各光ファイバの対向した端面近傍に備えた対向する２本の電極棒からアーク放電を行い、アーク放電による放電熱によって光ファイバの端面を溶融し、端面を更に接近させることによって融着して接続している（特許文献１参照）。ここで、従来の融着接続機は、例えば、クラッド径１２５μｍや２００μｍの光ファイバを接続対象としており、図８及び図９に示すように、対向する２本の電極棒Ｅ1，Ｅ2間にクラッド径１２５μｍの光ファイバＦを所定間隔Ｄ2、例えば、２０μｍの間隔を置いて対向配置する。そして、電極棒Ｅ1，Ｅ2間にアーク放電を発生させると、対向配置した光ファイバＦは、２本の電極棒Ｅ1，Ｅ2間に発生したアークＡによって端面Ｅfの周囲が均等に加熱される。

特開２００６−５８４７４号公報

ところで、近年、光ファイバの用途拡大に伴い、クラッド径が２００μｍを越える光ファイバが提供され、大径の光ファイバの接続が必要になってきた。このような大径の光ファイバを従来の融着接続機によって接続すると、本発明者の観察によれば、放電の際、図１０に示すように、大径の光ファイバＦLDを避けるようにして光ファイバＦLDの上側、或いは下側を通ってアークＡが発生することを発見した。この結果、融着接続の際にアークＡが対向配置した光ファイバＦLD間の中心まで入り込まないため、融着接続された光ファイバＦLDは、接続部が均等に加熱されず、接続部に太りや細り，筋，気泡，ファイバ軸の傾き等の接続欠陥が発生するという不具合が発生していた。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、クラッド径に関わらず接続欠陥を発生することなく光ファイバを融着接続することができる融着接続機及び融着接続機の接続制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の融着接続機は、対向配置した光ファイバをアーク放電によって融着接続する融着接続機であって、前記対向配置した光ファイバの端面間隔を調整する駆動機構と、融着接続の際に前記駆動機構を制御し、光ファイバのクラッド径に応じて端面間隔を可変に調整する制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の融着接続機は、上記の発明において、前記端面間隔とクラッド径の相関関係を記憶した記憶手段を有することを特徴とする。

また、本発明の融着接続機は、上記の発明において、ユーザーが所望の端面間隔を設定するための入力手段を有することを特徴とする。

また、本発明の融着接続機は、上記の発明において、前記光ファイバの接続部を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した前記光ファイバの画像をもとにクラッド径および／または接続欠陥の有無を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の融着接続機は、上記の発明において、前記光ファイバのクラッド径が既知の場合に、前記クラッド径を入力する入力手段を備えることを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の融着接続機の接続制御方法は、対向配置した光ファイバをアーク放電によって融着接続する融着接続機の接続制御方法であって、融着接続の際に前記光ファイバのクラッド径に応じて、前記光ファイバの端面間隔を可変に調整する調整工程を含むことを特徴とする。

また、本発明の融着接続機の接続制御方法は、上記の発明において、前記光ファイバの接続部を撮像する撮像工程と、前記撮像手段が撮像した前記光ファイバの画像をもとにクラッド径および／または接続欠陥の有無を判定する判定工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の融着接続機の接続制御方法は、上記の発明において、前記光ファイバのクラッド径を入力する入力工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、融着接続の際、光ファイバのクラッド径に応じて光ファイバの端面間隔を可変に調整するので、対向配置した光ファイバの端面間を通って放電電極間にアークが発生する。このため、対向配置した光ファイバは、接続端面が均等に加熱され、接続欠陥を発生することなく融着接続される。

以下、図面を参照して本発明の融着接続機及び融着接続機の接続制御方法にかかる実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の融着接続機の概略構成図である。図２は、光ファイバを把持したホルダを載置した１対のホルダ台と放電電極の配置を示す平面図である。

融着接続機１は、図１に示すように、駆動機構２、ホルダ台３，４、放電ユニット６、撮像ユニット７、制御部１０、入力操作部１７、表示部１８及び電源ユニット１９を備えている。ここで、図１及び図２に示す矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは、それぞれ融着接続機１におけるＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸を表している。

駆動機構２は、融着接続の際にホルダ台３，４を互いに接近させるもので、図１及び図２に示すように、ホルダ台３，４をそれぞれ個別に支持し、ホルダ台３，４を図中Ｚ軸に沿って移動させる。駆動機構２は、リニアガイド２ａと微動アクチュエータ２ｂを有している。微動アクチュエータ２ｂは、例えば、モータと送りねじとを有しており、融着接続の際にリニアガイド２ａを介してホルダ台３，４を互いに接近させ、対向する光ファイバＦの端面間隔をクラッド径が大きくなるのに応じて大きく調整する。また、駆動機構２は、ホルダ台３，４に載置したホルダ２０が把持した光ファイバＦを互いにＸ，Ｙ軸方向に調心する調心機構（図示せず）を備えている。このような調心機構として、例えば、特許第３９４９４６号公報に開示された調心機構を使用することができる。

ホルダ台３，４は、図２に示すように、放電ユニット６の放電電極６ａ，６ｂを挟んでＺ軸方向両側にそれぞれ配置されており、光ファイバＦを把持したホルダ２０をそれぞれ位置決めして載置する。

放電ユニット６は、図１に示すように、先鋭化した先端を互いに対向させて光ファイバＦを含む水平面内に配置される放電電極６ａ，６ｂを有している。放電ユニット６は、アーク放電によって放電電極６ａ，６ｂ間に発生するアークによって僅かな間隔を置いて対向配置された光ファイバＦの接続端面を加熱溶融し、融着接続する。

撮像ユニット７は、図１に示すように、光源８と光源８によって照明される光ファイバＦの先端部分を撮像する撮像素子９とを備えている。光源８は、光ファイバＦの長手方向に直交し、水平面に対して傾斜した位置に配置されるＸ方向光源８ａとＹ方向光源８ｂとを有している。また、撮像素子９は、例えば、対物レンズを設けたＣＣＤカメラが使用され、Ｘ方向光源８ａと対向する位置に配置されるＸ方向カメラ９ｂとＹ方向光源８ｂと対向する位置に配置されるＹ方向カメラ９ａとを有している。

制御部１０は、融着接続機１の作動を制御する中央演算装置（ＣＰＵ）等を使用した部分であり、図１に示すように、画像処理部１１、記憶部１２、判定部１３、放電制御部１４及び駆動制御部１５を有している。

画像処理部１１は、Ｘ方向カメラ９ｂ及びＹ方向カメラ９ａから入力される光ファイバＦの先端部分の画像を個々に処理し、処理画像を記憶部１２及び判定部１３へ出力する。画像処理部１１は、Ｘ方向カメラ９ｂとＹ方向カメラ９ａが撮像したＸ軸方向とＹ軸方向の画像を並列処理している。記憶部１２は、前記処理画像の他、融着接続の際の処理プログラム及び融着接続する光ファイバのクラッド径と端面間隔との関係を記憶している。

判定部１３は、Ｘ方向カメラ９ｂ及びＹ方向カメラ９ａが撮像した光ファイバＦの画像をもとに光ファイバＦのクラッド径と融着接続における接続欠陥の有無とを判定する。放電制御部１４は、放電電極６ａ，６ｂに印加する放電電流と放電時間を制御する。駆動制御部１５は、判定部１３が判定した光ファイバＦのクラッド径に応じて駆動機構２の駆動を制御し、融着接続の際、融着される光ファイバのクラッド径に応じて光ファイバＦの端面間隔を可変に調整する。

入力操作部１７は、融着接続機１に起動を含む各種入力操作を行う部分であり、各種の操作キーが配置されている。入力操作部１７は、接続対象の光ファイバのクラッド径をマニュアル操作で入力する操作キーも有している。

表示部１８は、融着接続機１の作業手順、接続対象となる光ファイバＦのクラッド径、接続後における接続欠陥の有無、融着接続される光ファイバの接続部等を表示する液晶モニタ等の表示手段である。なお、表示部１８は、必要に応じて推定接続損失も表示される。

電源ユニット１９は、融着接続機１の各動作部に駆動電力を供給するユニットであり、バッテリ等の直流電源の他に交流電源を使用することができる。

以上のように構成される融着接続機１は、以下のようにして光ファイバＦを融着接続する。

先ず、前処理としてホルダ２０に把持した光ファイバの先端部分の被覆を除去して裸ファイバを露出させ、所定の長さに切断する端末処理を施す。次に、入力操作部１７を操作して電源をオンした後、前処理を施した光ファイバを把持したホルダ２０を、それぞれホルダ台３，４にセットする。これにより、光ファイバは、それぞれホルダ台３，４に位置決めされると共に、互いに先端を向い合わせて対向配置される。通常、このときの光ファイバ相互は、１ｍｍ以上の間隔を置くように設定されている。

次いで、融着接続を開始する入力操作部１７の操作キーをオンする。すると、融着接続機１は、制御部１０の制御の下に、融着接続動作を開始し、表示部１８にそれぞれの撮像素子９ａ，９ｂが撮像した対向配置された光ファイバＦの接続部の画像が表示される。例えば、図３は、クラッド径が４００μｍの対向配置された光ファイバＦLDの接続部を撮像素子９ｂ，９ａがＸ軸方向及びＹ軸方向から撮像した画像を示している。このとき、判定部１３は、図３の画像をもとに、幅Ｄをクラッド径として判定する。ここで、光ファイバFや光ファイバＦLDは、クラッド径が離散的な値である。このため、判定部１３は、画像上で概略値を読み取ることによってクラッド径を判定する。

その後、記憶部１２から読み出したクラッド径と端面間隔との関係をもとに駆動制御部１５が駆動機構２を駆動し、ホルダ台３，４を端面間隔に対応する所定距離移動させる。これにより、対向配置された光ファイバは、表示部１８の映像を表示する図３に示すように、クラッド径に応じて端面間隔が可変に調整され、所定間隔をおいて突き合わされる。

次に、融着接続機１は、制御部１０の制御の下に、放電制御部１４からの制御信号により電源ユニット１９から放電電極６ａ，６ｂに放電電流が給電される。このとき、光ファイバＦLDは、クラッド径に応じて光ファイバの端面間隔が可変に調整されている。但し、光ファイバＦLDの突合せ状況をモニタで確認しながら、ユーザーが図示しない送り機構によってＸ，Ｙ，Ｚ方向に微調整することも可能である。このため、融着接続機１は、図４及び図５に示すように、対向配置した光ファイバＦLDを避けることなく光ファイバＦLDの端面間を通って放電電極６ａ，６ｂ間にアークＡが発生する。このとき、光ファイバＦの端面間隔は、Ｄ1（＞Ｄ2(図９参照)）に設定されている。このアークＡに伴う放電熱によって、端面間隔Ｄ1をおいて突き合わされた光ファイバＦLDは、接続端面が均等に加熱されて融着接続される。

この融着接続に際し、本発明の融着接続機の接続制御方法は、制御部１０の制御のもとに、光ファイバのクラッド径に応じて駆動制御部１５が光ファイバの端面間隔を可変に調整する。以下、図６に示すフローチャートを参照して本発明の融着接続機の接続制御方法について説明する。

先ず、制御部１０は、Ｘ方向カメラ９ｂとＹ方向カメラ９ａに対向配置した光ファイバを撮像させる（ステップＳ１００）。次に、制御部１０は、Ｘ方向カメラ９ｂとＹ方向カメラ９ａが撮像した光ファイバの画像をもとに判定部１３にクラッド径を判定させる（ステップＳ１０２）。

次いで、制御部１０は、判定部１３が判定した光ファイバのクラッド径をもとに駆動機構２を駆動し、光ファイバの端面間隔を調整する（ステップＳ１０４）。但し、駆動機構２で自動で調整する前に、図示しない送り機構でユーザーが大まかな調整を行っても良い。その後、制御部１０は、放電制御部１４を介して放電電極６ａ，６ｂに印加する放電電流と放電時間を制御し、光ファイバを融着接続する（ステップＳ１０６）。

このようにして融着接続が終了した後、融着接続機１は、制御部１０の制御の下に、必要に応じて接続後検査、推定接続損失の表示、補強加熱等が行われる。また、融着接続時にモニターを見ながら位置調整などを行うこともできる。

このとき、融着接続機１を用いて本発明方法によってクラッド径１２５，２００，４００，５００，６３０μｍの５種類の光ファイバを用い、端面間隔を変えて融着接続したところ図７に示す結果が得られた。図中、接続部に接続欠陥を発生することなく接続できた場合を接続良好として丸印によって表現し、接続部に接続欠陥が発生した場合を接続不良としてバツ印によって表現した。

ここで、図７は、表１に示す条件の下で接続した際の結果を平均した図である。なお、測定時の放電電極６ａ，６ｂの間隔は、１．８ｍｍであった。

図７に示す結果から明らかなように、光ファイバを融着接続する際の最適な端面間隔は、クラッド径によって異なり、クラッド径の増加に伴って広くする必要があることが分かった。これは接続によって良好な接続が得られる条件に関して、アークの量と、クラッド径と、端面間隔との間で相関関係があることを示している。また、図７に示されるように、クラッド径に対する端面間隔には許容範囲がある。この許容範囲の中でユーザーによって端面間隔が設定される。従って、クラッド径が異なる場合でも、許容範囲が重なっている際には、ユーザーによって設定された値によっては端面間隔が同一となることもある。

実際の融着接続機においては、クラッド径と端面間隔との関係が予め記憶部１２に記憶されている。判定部１３が判定したクラッド径が大きくなるのに応じて駆動制御部１５が駆動機構２の駆動を制御し、融着接続の際の光ファイバＦの端面間隔を大きく調整するので、融着接続機１は、融着接続の際、対向配置した光ファイバＦの端面間を通って放電電極６ａ，６ｂ間にアークが発生し、光ファイバＦの接続端面が均等に加熱される。この結果、融着接続機１は、クラッド径に関わらず接続欠陥の発生を抑えて光ファイバを融着接続することができる。

尚、上記実施の形態は、光ファイバのクラッド径を判定部１３が光ファイバの画像から読み取り、判定していた。しかし、予め光ファイバのクラッド径が分かっている場合、融着接続機１は、入力操作部１７の操作キーによって接続対象の光ファイバのクラッド径をマニュアル操作で入力してもよい。

この場合、融着接続機１は、撮像した光ファイバの画像をもとに判定部１３が判定したクラッド径と入力されたクラッド径を比較し、入力されたクラッド径が誤っていたときにはエラーメッセージを表示部１８に表示すると共に、読み取ったクラッド径をもとに光ファイバの端面間隔を調整し、融着接続を実行する。

また、融着接続機１は、ホルダ台３，４のそれぞれに駆動機構２を設けた。しかし、融着接続機１は、光ファイバの端面間隔を調整するうえでは、少なくとも一方のホルダ台に駆動機構２を設けてあればよい。

本発明の融着接続機の概略構成図である。 光ファイバを把持したホルダを載置した１対のホルダ台と放電電極の配置を示す平面図である。 融着接続機の撮像素子がＸ方向及びＹ方向から撮像したクラッド径が４００μｍの光ファイバの画像とクラッド径を示す図である。 クラッド径に応じて端面間隔を調整した際に放電電極間に発生するアークを光ファイバの光軸方向から観察した図である。 図４を光ファイバの光軸方向及び放電電極の軸に直交する方向から見た図である。 本発明の融着接続機の接続制御方法を説明するフローチャートである。 融着接続する際の光ファイバのクラッド径と最適な端面間隔との関係について測定した結果を示す図である。 クラッド径１２５μｍの光ファイバを融着接続する際に放電電極間に発生するアークを光ファイバの光軸方向から観察した図である。 図８を光ファイバの光軸方向及び放電電極の軸に直交する方向から見た図である。 クラッド径が２００μｍを越える光ファイバを、端面間隔を調整することなく従来方法で融着接続する際に放電電極間に発生するアークを光ファイバの光軸方向から観察した図である。

符号の説明

１ 融着接続機
２ 駆動機構
３，４ ホルダ台
６ 放電ユニット
７ 撮像ユニット
８ 光源
９ 撮像素子
１０ 制御部
１１ 画像処理部
１２ 記憶部
１３ 判定部
１４ 放電制御部
１５ 調整部
１７ 入力操作部
１８ 表示部
１９ 電源ユニット
２０ ホルダ
Ａ アーク
Ｆ，ＦLD 光ファイバ

Claims (8)

1. 対向配置した光ファイバをアーク放電によって融着接続する融着接続機であって、
   前記対向配置した光ファイバの端面間隔を調整する駆動機構と、
   融着接続の際に前記駆動機構を制御し、光ファイバのクラッド径に応じて端面間隔を可変に調整する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする融着接続機。
2. 前記端面間隔とクラッド径の相関関係を記憶した記憶手段を有することを特徴とする請求項１に記載の融着接続機。
3. ユーザーが所望の端面間隔を設定するための入力手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の融着接続機。
4. 前記光ファイバの接続部を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮像した前記光ファイバの画像をもとにクラッド径および／または接続欠陥の有無を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の融着接続機。
5. 前記光ファイバのクラッド径が既知の場合に、前記クラッド径を入力する入力手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の融着接続機。
6. 対向配置した光ファイバをアーク放電によって融着接続する融着接続機の接続制御方法であって、
   融着接続の際に前記光ファイバのクラッド径に応じて、前記光ファイバの端面間隔を可変に調整する調整工程を含むことを特徴とする融着接続機の接続制御方法。
7. 前記光ファイバの接続部を撮像する撮像工程と、
   前記撮像手段が撮像した前記光ファイバの画像をもとにクラッド径および／または接続欠陥の有無を判定する判定工程と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の融着接続機の接続制御方法。
8. 前記光ファイバのクラッド径を入力する入力工程を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の融着接続機の接続制御方法。

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