JP4429540B2 - 光ファイバの融着接続方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバの端面を対向させ、対向部分を加熱溶融して、対向端面同士を融着接続する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの端面を対向させ、対向部分を加熱して溶融し、対向端面同士を融着接続する光ファイバの融着接続方法は従来からある。光ファイバには直径の異なるものがあり、現行の主流は80μｍから150μｍ程度である。
【０００３】
光ファイバの融着接続には融着接続機が使用されている。融着接続機は対向する二本の放電電極棒に放電電流を流して、放電電極棒間で気中放電させ、その放電の熱で光ファイバを溶融させて接続するものである。光ファイバを良好に融着接続するためには、光ファイバが受ける熱量が重要である。光ファイバを加熱溶融するのに最適な熱量は光ファイバの直径に依存する。直径の小さいものほど少ない熱量にしないと、気中放電で光ファイバの先端が溶融し過ぎて接続できない場合がある。
【０００４】
従来の融着接続機では放電電極棒に流す放電電流が一定値であっても、放電電極棒の先端に付着物があったり幾何公差があったりすると、光ファイバが受ける熱量は一定にならず、適正な温度制御ができない。そこで従来は、放電検査により気中放電の最適値を求めて、温度制御しきれない部分を補正していた。この放電検査は図３の様に、二本の光ファイバＡを所定間隔（例えば20μｍ）離して対向させ、対向する二つの放電電極棒Ｂに電流を流して両放電電極棒Ｂ間で気中放電させ、放電アークＣの熱で光ファイバＡの先端部を加熱溶融し、そのとき表面張力により後退する前記先端部の距離Ｄを測定し、その距離Ｄが所定値になるように放電電流値を加減しながら操作を繰り返す方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
気中放電の熱量は温度、湿度、気圧等の環境や、放電電極棒先端の劣化、不純物の付着等により変動する。そのため放電検査による熱量の最適化はほぼ毎日行う必要がある。同一直径の光ファイバを接続するのであれば、一日一回の放電検査で済むが、昨今のように、様々な直径の光ファイバを接続する場合は、光ファイバの直径が異なる度に放電検査を行って、気中放電の熱量を最適化させる必要があり、多くの手間と時間がかかるという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は前記課題を解消するために種々研究を重ねて、放電検査が合格になる放電強度、即ち、最適な気中放電強度と光ファイバの直径との間に、図２のような関係があることを究明した。図２の縦軸の放電強度はデジタルビット（0-255)で、アナログ電流値では10.9〜20.8ｍＡに相当する。
【０００７】
本発明は前記関係と、画像処理装置を有する融着接続機は光ファイバの直径を測定することができること、を利用して開発された光ファイバの融着接続方法である。
【０００８】
本件出願の第１の光ファイバ融着接続方法は、光ファイバの端面を対向させ、その対向部分を加熱溶融して、対向端面同士を融着接続する光ファイバ融着接続方法において、前記融着接続方法が、融着接続する光ファイバの直径に応じて加熱温度を自動的に補正するために、予め融着接続装置に記憶させてある直径と放電強度の相対的な関係を定めた近似式に基づいて、融着接続しようとする直径と基準になる直径の差分から放電強度補正値を算出するステップと、基準となる直径の光ファイバの放電強度を最適化するステップと、最適化された前記基準となる直径の光ファイバの放電強度と、前記放電強度補正値とから、融着接続する光ファイバの最適放電強度＝最適化された前記基準となる直径の光ファイバの放電強度＋前記放電強度補正値、として自動的に融着接続する光ファイバの最適放電強度を算出するステップとを含む方法である。
【０００９】
本件出願の第２の光ファイバ融着接続方法は、前記第１の光ファイバの融着接続方法において、融着接続する光ファイバの直径を画像処理して測定し、自動的に前記最適放電強度を算出する方法である。本件出願の第３の光ファイバ融着接続方法は、前記光ファイバの直径の画像処理による測定を、ＣＣＤカメラにより行う方法である。本件出願の第４の光ファイバ融着接続方法は、前記光ファイバの直径の画像処理による測定を、ラインセンサにより行う方法である。
【００１０】
【発明の実施形態】
（実施形態１）
本発明の光ファイバ融着接続方法は、画像処理装置で測定した光ファイバの直径（クラッド径）を、気中放電強度にフィードバックさせて、その直径に応じて自動的に気中放電強度を最適化させる方法である。図２のグラフで、最も一般的に用いられる直径125μｍの光ファイバを融着接続する場合を基準とすれば、
放電強度補正値＝2.154×（クラッド径［μｍ］−125.0）
となる補正を施すことになる。ここで、2.154は融着接続機の放電回路の放電強度の定数である。ちなみに、計測された光ファイバの直径が125μｍの場合の放電強度補正値は前記式より、2.154×（125.0−125.0)＝０となり、補正の必要がない。計測された光ファイバの直径が80μｍの場合の放電強度補正値は前記式より、2.154×（80.0−125.0）＝−96.93となる。計測された光ファイバの直径が150μｍの場合の放電強度補正値は前記式より、2.154（150.0−125.0)＝53.85となる。
【００１１】
本発明では光ファイバの直径が自動的に計測されて、前記の様に放電強度補正値が自動的に求められるため、一旦、クラッド径125μｍの光ファイバについて放電検査により放電強度を最適化させた後は、他の直径の光ファイバの最適放電強度は次式により自動的に求められる。
最適放電強度＝直径125μｍの光ファイバの最適放電強度＋放電強度補正値
なお、放電強度を最適化させる際は、必ずしもクラッド径125μｍのファイバを使用しなくとも良い。例えば、80μｍのファイバを使用して最適化した場合は、基準となる最適放電強度からの補正値を計算する際に基準となるクラッド径を80μｍとすればその他のクラッド径のファイバを接続するための補正値は容易に算出できる。
【００１２】
０００６段に記されているように、本発明の実施例ではデジタルビット0-255がアナログ電流値10.9〜20.8ｍＡに相当するため、デジタルビット１ビットあたり下記の式１のようになる。
【式１】
図２はクラッド径とその融着接続における最適放電強度（デジタルビット）を示したもので、近似直線の傾きは００１０段に記されているように2.154となっている。
つまり、クラッド直径１μｍあたりの最適放電強度の変化量が2.154であるから、デジタルビットをアナログ電流値に換算すれば、0.084（＝2.154×0.0388）[ｍＡ／μｍ]となる。
従って、００１１段と同様に直径125μｍの光ファイバで最適放電強度に調整して基準をとれば、アナログ電流で表現した最適放電強度［ｍＡ］は、以下のように表せる。
最適放電強度［ｍＡ］＝直径125μｍの光ファイバの最適放電強度［ｍＡ］+2.154×（光ファイバの直径［μｍ］−125）
なお、ここである直径（ここでは125μｍ）の光ファイバの最適放電強度を基準にとったのは、図２のグラフの近似直線のＹ切片が、機械毎、電極棒の劣化、環境の変化等の要因により変化するためである。つまり最適な放電強度の絶対値はさまざまな要因によって変化するが、クラッド径に応じた最適な放電強度の相対的な変化は維持されることがわかっているため、ある直径での最適放電強度さえ求めておけば、上式のように直径に応じた差分を補正するだけで各々の状況に応じて最適な放電強度が求められることが本出願の特徴である。
【００１３】
図１に本発明の光ファイバ融着接続方法を実現するためのシステムの構成を示す。図１では放電電極棒１の針間に、光ファイバ２が図示しない位置決め装置によって保持されて対向しており、その光ファイバ２の先端付近に、その付近を照射する照明器具３が配置されている。光ファイバ２を挟んで照明光源３の反対側には対物レンズ４が配置して、対物レンズ４により光ファイバ２の像（直径）が拡大されるようにしてある。拡大された光ファイバ２の像は対物レンズ４の軸上に配置されたＣＣＤカメラ５によって撮影され、ＣＣＤカメラ５からの出力が画像処理装置６で数値化され、その数値と、予め記憶させてある光ファイバの直径と融着接続に必要な最適加熱温度との関係に基づいて、中央演算装置７において補正量（値）が算出され、その補正量が放電制御装置８にフィードバックされ、それに基づいて前記放電電極棒１への電力供給及び気中放電強度の制御が行われるようにしてある。
【００１４】
（実施形態２）
図１のシステムは光ファイバ２の直径を認識するために、照明器具３、対物レンズ４、ＣＣＤカメラ５、画像処理装置６の組み合わせを用いたが、光ファイバ２の直径を認識するためのシステムは必ずしもこの構成でなくともよい。例えば光ファイバ２の直径測定にラインセンサを用いてもよく、対物レンズによって像を拡大することも必ずしも必要ではない。また、放電制御装置８へのフィードバックも中央演算装置７を介する必要はなく、画像処理装置６若しくは前記ラインセンサの出力で直接放電制御装置８をコントロールすることもできる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の光ファイバの融着接続方法によれば、融着接続する光ファイバの直径に応じて加熱温度を自動的に補正するので、どのような直径の光ファイバであっても確実に安定した融着接続が可能となる。
【００１６】
本発明の光ファイバの融着接続方法によれば、光ファイバの直径と融着接続に必要な最適加熱温度との関係を、予め、制御システムに記憶させてあるため、融着接続する光ファイバの直径を測定すれば、その直径と前記の記憶させた関係に基づいて最適加熱温度が自動的に算出され、その算出値に合わせて加熱温度が補正されるため、どのような直径の光ファイバであっても常に、確実に、安定した融着接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の融着接続方法に使用される融着接続装置の一例を示す説明図。
【図２】 光ファイバクラッド径とその接続に最適な放電強度を示す説明図。
【図３】 従来の放電検査の原理を示す説明図。
【符号の説明】
１ 放電電極棒
２ 光ファイバ
３ 照明機器
４ 対物レンズ
５ ＣＣＤカメラ
６ 画像処理装置
７ 中央演算装置
８ 放電制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバの端面を対向させ、対向部分を加熱溶融して、対向端面同士を融着接続する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの端面を対向させ、対向部分を加熱して溶融し、対向端面同士を融着接続する光ファイバの融着接続方法は従来からある。光ファイバには直径の異なるものがあり、現行の主流は80μｍから150μｍ程度である。
【０００３】
光ファイバの融着接続には融着接続機が使用されている。融着接続機は対向する二本の放電電極棒に放電電流を流して、放電電極棒間で気中放電させ、その放電の熱で光ファイバを溶融させて接続するものである。光ファイバを良好に融着接続するためには、光ファイバが受ける熱量が重要である。光ファイバを加熱溶融するのに最適な熱量は光ファイバの直径に依存する。直径の小さいものほど少ない熱量にしないと、気中放電で光ファイバの先端が溶融し過ぎて接続できない場合がある。
【０００４】
従来の融着接続機では放電電極棒に流す放電電流が一定値であっても、放電電極棒の先端に付着物があったり幾何公差があったりすると、光ファイバが受ける熱量は一定にならず、適正な温度制御ができない。そこで従来は、放電検査により気中放電の最適値を求めて、温度制御しきれない部分を補正していた。この放電検査は図３の様に、二本の光ファイバＡを所定間隔（例えば20μｍ）離して対向させ、対向する二つの放電電極棒Ｂに電流を流して両放電電極棒Ｂ間で気中放電させ、放電アークＣの熱で光ファイバＡの先端部を加熱溶融し、そのとき表面張力により後退する前記先端部の距離Ｄを測定し、その距離Ｄが所定値になるように放電電流値を加減しながら操作を繰り返す方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
気中放電の熱量は温度、湿度、気圧等の環境や、放電電極棒先端の劣化、不純物の付着等により変動する。そのため放電検査による熱量の最適化はほぼ毎日行う必要がある。同一直径の光ファイバを接続するのであれば、一日一回の放電検査で済むが、昨今のように、様々な直径の光ファイバを接続する場合は、光ファイバの直径が異なる度に放電検査を行って、気中放電の熱量を最適化させる必要があり、多くの手間と時間がかかるという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は前記課題を解消するために種々研究を重ねて、放電検査が合格になる放電強度、即ち、最適な気中放電強度と光ファイバの直径との間に、図２のような関係があることを究明した。図２の縦軸の放電強度はデジタルビット（0-255)で、アナログ電流値では10.9〜20.8ｍＡに相当する。
【０００７】
本発明は前記関係と、画像処理装置を有する融着接続機は光ファイバの直径を測定することができること、を利用して開発された光ファイバの融着接続方法である。
【０００８】
本件出願の第１の光ファイバ融着接続方法は、光ファイバの端面を対向させ、その対向部分を加熱溶融して、対向端面同士を融着接続する光ファイバ融着接続方法において、前記融着接続方法が、融着接続する光ファイバの直径に応じて加熱温度を自動的に補正するために、予め融着接続装置に記憶させてある直径と放電強度の相対的な関係を定めた近似式に基づいて、融着接続しようとする直径と基準になる直径の差分から放電強度補正値を算出するステップと、基準となる直径の光ファイバの放電強度を最適化するステップと、最適化された前記基準となる直径の光ファイバの放電強度と、前記放電強度補正値とから、融着接続する光ファイバの最適放電強度＝最適化された前記基準となる直径の光ファイバの放電強度＋前記放電強度補正値、として自動的に融着接続する光ファイバの最適放電強度を算出するステップとを含む方法である。
【０００９】
本件出願の第２の光ファイバ融着接続方法は、前記第１の光ファイバの融着接続方法において、融着接続する光ファイバの直径を画像処理して測定し、自動的に前記最適放電強度を算出する方法である。本件出願の第３の光ファイバ融着接続方法は、前記光ファイバの直径の画像処理による測定を、ＣＣＤカメラにより行う方法である。本件出願の第４の光ファイバ融着接続方法は、前記光ファイバの直径の画像処理による測定を、ラインセンサにより行う方法である。
【００１０】
【発明の実施形態】
（実施形態１）
本発明の光ファイバ融着接続方法は、画像処理装置で測定した光ファイバの直径（クラッド径）を、気中放電強度にフィードバックさせて、その直径に応じて自動的に気中放電強度を最適化させる方法である。図２のグラフで、最も一般的に用いられる直径125μｍの光ファイバを融着接続する場合を基準とすれば、
放電強度補正値＝2.154×（クラッド径［μｍ］−125.0）
となる補正を施すことになる。ここで、2.154は融着接続機の放電回路の放電強度の定数である。ちなみに、計測された光ファイバの直径が125μｍの場合の放電強度補正値は前記式より、2.154×（125.0−125.0)＝０となり、補正の必要がない。計測された光ファイバの直径が80μｍの場合の放電強度補正値は前記式より、2.154×（80.0−125.0）＝−96.93となる。計測された光ファイバの直径が150μｍの場合の放電強度補正値は前記式より、2.154（150.0−125.0)＝53.85となる。
【００１１】
本発明では光ファイバの直径が自動的に計測されて、前記の様に放電強度補正値が自動的に求められるため、一旦、クラッド径125μｍの光ファイバについて放電検査により放電強度を最適化させた後は、他の直径の光ファイバの最適放電強度は次式により自動的に求められる。
最適放電強度＝直径125μｍの光ファイバの最適放電強度＋放電強度補正値
なお、放電強度を最適化させる際は、必ずしもクラッド径125μｍのファイバを使用しなくとも良い。例えば、80μｍのファイバを使用して最適化した場合は、基準となる最適放電強度からの補正値を計算する際に基準となるクラッド径を80μｍとすればその他のクラッド径のファイバを接続するための補正値は容易に算出できる。
【００１２】
０００６段に記されているように、本発明の実施例ではデジタルビット0-255がアナログ電流値10.9〜20.8ｍＡに相当するため、デジタルビット１ビットあたり下記の式１のようになる。
【式１】
つまり、クラッド直径１μｍあたりの最適放電強度の変化量が2.154であるから、デジタルビットをアナログ電流値に換算すれば、0.084（＝2.154×0.0388）[ｍＡ／μｍ]となる。
従って、００１１段と同様に直径125μｍの光ファイバで最適放電強度に調整して基準をとれば、アナログ電流で表現した最適放電強度［ｍＡ］は、以下のように表せる。
最適放電強度［ｍＡ］＝直径125μｍの光ファイバの最適放電強度［ｍＡ］+2.154×（光ファイバの直径［μｍ］−125）
なお、ここである直径（ここでは125μｍ）の光ファイバの最適放電強度を基準にとったのは、図２のグラフの近似直線のＹ切片が、機械毎、電極棒の劣化、環境の変化等の要因により変化するためである。つまり最適な放電強度の絶対値はさまざまな要因によって変化するが、クラッド径に応じた最適な放電強度の相対的な変化は維持されることがわかっているため、ある直径での最適放電強度さえ求めておけば、上式のように直径に応じた差分を補正するだけで各々の状況に応じて最適な放電強度が求められることが本出願の特徴である。
【００１３】
図１に本発明の光ファイバ融着接続方法を実現するためのシステムの構成を示す。図１では放電電極棒１の針間に、光ファイバ２が図示しない位置決め装置によって保持されて対向しており、その光ファイバ２の先端付近に、その付近を照射する照明器具３が配置されている。光ファイバ２を挟んで照明光源３の反対側には対物レンズ４が配置して、対物レンズ４により光ファイバ２の像（直径）が拡大されるようにしてある。拡大された光ファイバ２の像は対物レンズ４の軸上に配置されたＣＣＤカメラ５によって撮影され、ＣＣＤカメラ５からの出力が画像処理装置６で数値化され、その数値と、予め記憶させてある光ファイバの直径と融着接続に必要な最適加熱温度との関係に基づいて、中央演算装置７において補正量（値）が算出され、その補正量が放電制御装置８にフィードバックされ、それに基づいて前記放電電極棒１への電力供給及び気中放電強度の制御が行われるようにしてある。
【００１４】
（実施形態２）
図１のシステムは光ファイバ２の直径を認識するために、照明器具３、対物レンズ４、ＣＣＤカメラ５、画像処理装置６の組み合わせを用いたが、光ファイバ２の直径を認識するためのシステムは必ずしもこの構成でなくともよい。例えば光ファイバ２の直径測定にラインセンサを用いてもよく、対物レンズによって像を拡大することも必ずしも必要ではない。また、放電制御装置８へのフィードバックも中央演算装置７を介する必要はなく、画像処理装置６若しくは前記ラインセンサの出力で直接放電制御装置８をコントロールすることもできる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の光ファイバの融着接続方法によれば、融着接続する光ファイバの直径に応じて加熱温度を自動的に補正するので、どのような直径の光ファイバであっても確実に安定した融着接続が可能となる。
【００１６】
本発明の光ファイバの融着接続方法によれば、光ファイバの直径と融着接続に必要な最適加熱温度との関係を、予め、制御システムに記憶させてあるため、融着接続する光ファイバの直径を測定すれば、その直径と前記の記憶させた関係に基づいて最適加熱温度が自動的に算出され、その算出値に合わせて加熱温度が補正されるため、どのような直径の光ファイバであっても常に、確実に、安定した融着接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の融着接続方法に使用される融着接続装置の一例を示す説明図。
【図２】 光ファイバクラッド径とその接続に最適な放電強度を示す説明図。
【図３】 従来の放電検査の原理を示す説明図。
【符号の説明】
１ 放電電極棒
２ 光ファイバ
３ 照明機器
４ 対物レンズ
５ ＣＣＤカメラ
６ 画像処理装置
７ 中央演算装置
８ 放電制御装置
Claims (4)
- 光ファイバの端面を対向させ、その対向部分を加熱溶融して、対向端面同士を融着接続する光ファイバ融着接続方法において、前記融着接続方法が、
融着接続する光ファイバの直径に応じて加熱温度を自動的に補正するために、
予め融着接続装置に記憶させてある直径と放電強度の相対的な関係を定めた近似式に基づいて、融着接続しようとする直径と基準になる直径の差分から放電強度補正値を算出するステップと、
基準となる直径の光ファイバの放電強度を最適化するステップと、
最適化された前記基準となる直径の光ファイバの放電強度と、前記放電強度補正値とから、融着接続する光ファイバの最適放電強度＝最適化された前記基準となる直径の光ファイバの放電強度＋前記放電強度補正値、として自動的に融着接続する光ファイバの最適放電強度を算出するステップと、
を含むことを特徴とする光ファイバの融着接続方法。 - 請求項１記載の光ファイバの融着接続方法において、融着接続する光ファイバの直径を画像処理して測定し、自動的に前記最適放電強度を算出することを特徴とする光ファイバの融着接続方法。
- 前記光ファイバの直径の画像処理による測定は、ＣＣＤカメラにより行われることを特徴とする請求項２に記載の融着接続方法。
- 前記光ファイバの直径の画像処理による測定は、ラインセンサにより行われることを特徴とする請求項２に記載の融着接続方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001074756A JP4429540B2 (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 光ファイバの融着接続方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP (1) | JP4429540B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022045364A1 (en) | 2020-08-31 | 2022-03-03 | Fujikura Ltd. | Optical fiber fusion splicer and optical fiber fusion splicing method |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4785041B2 (ja) * | 2005-10-18 | 2011-10-05 | 古河電気工業株式会社 | 被測定線状体の外径測定方法 |
| SE542745C2 (en) * | 2018-11-13 | 2020-07-07 | Northlab Photonics Ab | Method and apparatus for temperature measurement in optical fiber fusion splicing |
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2001
- 2001-03-15 JP JP2001074756A patent/JP4429540B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022045364A1 (en) | 2020-08-31 | 2022-03-03 | Fujikura Ltd. | Optical fiber fusion splicer and optical fiber fusion splicing method |
| KR20230041805A (ko) | 2020-08-31 | 2023-03-24 | 가부시키가이샤후지쿠라 | 광파이버 융착 접속기 및 광파이버 융착 접속 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002277671A (ja) | 2002-09-25 |
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