JP5019616B2 - 多角形ファイバの回転基準位置決定方法及び光ファイバ融着接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、多角形ファイバの回転基準位置決定方法及び光ファイバ融着接続装置に関するものである。

従来、光ファイバは、光通信システムにおける光伝送路を始めとして種々の産業分野で使用され、多種多様の光ファイバが提供されている。このような光ファイバの一つとして、光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が多角形、例えば、六角形からなる六角形ファイバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２８９７６６号公報

ところで、一般に、光ファイバは、他の光学素子や光学部品と接続し、或いは組み合わせて使用することによって光学装置として組み立てられ、他の光ファイバと融着接続する場合がある。このような場合、多角形ファイバが、例えば、コア形状が楕円形の偏波面保存ファイバであると、接続相手の光ファイバと偏光軸を合わせるために光軸廻りの回転方向における基準位置を定める必要があるが、その方法が確立されていないことから多角形ファイバの用途が制限されてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多角形ファイバの光軸廻りの回転方向における基準位置を決定する多角形ファイバの回転基準位置決定方法及び光ファイバ融着接続装置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、本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法は、光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が多角形であり、側方から照明される多角形ファイバを前記光軸廻りに順次回転させながら回転位置ごとに撮像する撮像工程と、撮像した前記多角形ファイバの画像を処理し、前記光軸中心からクラッド外方向に沿った光強度分布を回転位置ごとに求める画像処理工程と、前記画像処理工程において求めた光強度分布をもとに当該光強度分布の明部の中心とクラッド外径の中心との差であるディストーションを回転位置ごとに演算するディストーション演算工程と、を含み、前記ディストーションをもとに前記光軸廻りの回転における回転基準位置を決定することを特徴とする。

また、本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法は、上記の発明において、更に、前記多角形ファイバが、前記クラッドの中央にコアを有する場合、前記画像処理工程において求めた光強度分布をもとに当該光強度分布の明部におけるコア係数を回転位置ごとに演算するコア係数演算工程を含み、前記ディストーションと前記コア係数とをもとに前記光軸廻りの回転における回転基準位置を決定することを特徴とする。

また、本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法は、上記の発明において、前記多角形ファイバは、光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が六角形であり、コアの断面形状が楕円であることを特徴とする。

また、本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法は、上記の発明において、前記ディストーションがゼロであり、かつ、前記コア係数の値が他の回転領域に比べて大きい回転領域における回転位置を回転基準位置とす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、本発明の光ファイバ融着接続装置は、対向配置された光ファイバ相互を先端部分で融着接続する融着接続装置において、側方から照明される多角形ファイバを前記光軸廻りに順次回転させながら回転位置ごとに撮像する撮像手段と、撮像した前記多角形ファイバの画像を処理し、前記光軸中心からクラッド外方向に沿った光強度分布を回転位置ごとに求める画像処理手段と、前記画像処理手段が求めた光強度分布をもとに当該光強度分布における明部の中心とクラッド外径の中心との差であるディストーションを回転位置ごとに演算するディストーション演算手段と、を備え、前記ディストーションをもとに前記多角形ファイバの光軸廻りの回転における回転基準位置を決定することを特徴とする。

また、本発明の光ファイバ融着接続装置は、上記の発明において、更に、前記多角形ファイバが、前記クラッドの中央にコアを有する場合、前記画像処理手段が求めた光強度分布をもとに当該光強度分布における明部におけるコア係数を回転位置ごとに演算するコア係数演算手段を備え、前記ディストーションと前記コア係数とをもとに前記多角形ファイバの光軸廻りの回転における回転基準位置を決定することを特徴とする。

また、本発明の光ファイバ融着接続装置は、上記の発明において、前記多角形ファイバは、光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が六角形であり、コアの断面形状が楕円であることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバ融着接続装置は、上記の発明において、前記ディストーションがゼロであり、かつ、前記コア係数の値が他の回転領域に比べて大きい回転領域における回転位置を回転基準位置とすることを特徴とする。

ここで、本発明において、回転基準位置とは、融着接続する多角形ファイバ相互における光軸廻りの回転においてクラッド外形が一致するように角度合わせをする際の基準位置をいい、コアを有する場合にはクラッド外形とコア形状が一致するように角度合わせをする際の基準位置をいう。例えば、クラッドの外形が六角形であり、コアの断面形状が楕円である図６に示す六角形ファイバの場合、本明細書においては、コアの長軸ＡLを回転基準位置としている。

本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法は、光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が多角形であり、側方から照明される多角形ファイバを前記光軸廻りに順次回転させながら回転位置ごとに撮像する撮像工程と、撮像した前記多角形ファイバの画像を処理し、前記光軸中心からクラッド外方向に沿った光強度分布を回転位置ごとに求める画像処理工程と、前記画像処理工程において求めた光強度分布をもとに当該光強度分布の明部の中心とクラッド外径の中心との差であるディストーションを回転位置ごとに演算するディストーション演算工程と、を含み、前記ディストーションをもとに前記光軸廻りの回転における回転基準位置を決定し、本発明の光ファイバ融着接続装置は、前記回転基準位置決定方法によって多角形ファイバの回転基準位置を決定するので、多角形ファイバの回転基準位置を高精度に決定することができるうえ、多角形ファイバの光軸廻りの回転方向における回転基準位置を一致させて融着接続することができる。

以下、図面を参照して本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法及び光ファイバ融着接続装置にかかる実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法を使用して多角形ファイバからなる光ファイバ相互の光軸廻りの回転基準位置を合わせて融着接続する光ファイバ融着接続装置を示す平面図である。図２は、図１に示す光ファイバ融着接続装置のホルダ台を中心とする要部を示す斜視図である。図３は、図１に示す光ファイバ融着接続装置の全体構成を示すブロック図である。図４は、図１に示す光ファイバ融着接続装置における光源、六角形ファイバ、カメラ及び放電電極の六角形ファイバの光軸方向から見た配置を示す説明図である。図５は、同じく光源、六角形ファイバ及びカメラの六角形ファイバの光軸に直交する方向から見た配置を示す説明図である。

融着接続装置１は、図１〜図３に示すように、本体２に放電加工部３、加熱処理部４、左ファイバセット部５、右ファイバセット部６、左ファイバ撮像部７、右ファイバ撮像部８、電源ユニット９及び制御部１０が設けられている。

本体２は、図１に示すように、表示部２ａが設けられると共に、上面のパネルには入力部２ｂが配置されている。表示部２ａは、例えば、接続損失の設定値、推定損失、軸ずれエラーに関する警告などの文字を液晶パネルに表示する。また、表示部２ａは、左ファイバ撮像部７や右ファイバ撮像部８のカメラ７ｂ，８ｂが撮像した光ファイバの画像及びこの画像に基づいて画像処理部１３が求めた光強度分布を表示する。入力部２ｂは、融着接続装置１の電源のオン／オフ操作、表示部２ａにおけるカーソルの移動並びに接続操作の開始、入力のリセット操作、選択の決定操作、動作開始あるいは位置停止を入力する各種操作キーの他、電源のオン／オフ状態を表示するモニタランプ等が設けられている。

放電加工部３は、２本の光ファイバの先端を互いに対向配置し、光ファイバの光軸に直交させて対向配置させた１対の放電電極３ａ（図２，図４参照）間のアーク放電を利用して光ファイバの先端部分を融着接続する部分であり、風防カバー１ａを閉じて融着接続を行う。

加熱処理部４は、融着接続された光ファイバの接続部に補強スリーブを被着する加熱処理を行う部分であり、図１及び図２に示すように、融着接続装置１の幅方向に沿って直線状に形成されている。加熱処理部４は、中央に補強スリーブの加熱装置４０が搭載され、両端には融着接続された光ファイバを保持するホルダ４ａが設けられている。

左ファイバセット部５及び右ファイバセット部６は、所定の前処理（被覆除去、異物清掃、端面切断）が施された接続対象の光ファイバをセットする部分であり、図１において、左ファイバセット部５は左側に配置され、右ファイバセット部６は右側に配置されている。左ファイバセット部５及び右ファイバセット部６は、配置が異なるだけで構成は同じであるので、左ファイバセット部５について説明し、右ファイバセット部６は対応する構成要素に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

左ファイバセット部５は、図１〜図３に示すように、ホルダ台５ａ、３軸方向駆動部５ｂ及び回転駆動部５ｃを備えている。ホルダ台５ａは、図２に示すように、接続対象の光ファイバＦを保持した光ファイバホルダＨを設置する台であり、３軸方向駆動部５ｂによって光ファイバＦの光軸に直交するＸ，Ｙ軸方向及び光ファイバＦの光軸に沿ったＺ軸方向の互いに直交する３軸方向に移動されると共に、回転駆動部５ｃによって光ファイバＦの光軸廻りに回転される。ホルダ台５ａは、水平状態（初期位置）から光ファイバＦの光軸廻りに時計方向及び反時計方向へ等しい角度、合わせて最低１８０°の範囲回転することができる。このため、例えば、３軸方向駆動部５ｂは３軸ステージ等の駆動手段が使用され、回転駆動部５ｃは回転角度を高精度に制御することが可能なパルスモータによって回転駆動される回転ステージ等の回転手段が使用される。

左ファイバセット部５は、駆動制御部１１によって３軸方向駆動部５ｂ及び回転駆動部５ｃの作動が制御され、光ファイバホルダを介してホルダ台５ａに設置された光ファイバの右ファイバセット部６側に配置された接続相手の光ファイバに対する調心、突き合わせ及び回転を行う。ここで、３軸方向駆動部は、接続する光ファイバ相互の調心と突き合わせを行うことができればよいので、左ファイバセット部５又は右ファイバセット部６の一方が備えていればよい。

左ファイバ撮像部７及び右ファイバ撮像部８は、融着接続する光ファイバを光軸に直交する側方のＸ，Ｙ軸方向から撮像すると共に、光ファイバ相互の突合せ部を撮像する部分であり、互いに突き合わされる光ファイバの近傍に配置されている。左ファイバ撮像部７及び右ファイバ撮像部８は、配置が異なるだけで構成は同じであるので、左ファイバ撮像部７について説明し、右ファイバ撮像部８は対応する構成要素に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

左ファイバ撮像部７は、図３に示すように、光源７ａ、カメラ７ｂ及びＺ軸方向駆動部７ｃを備えている。

光源７ａは、図４及び図５に示すように、左ファイバセット部５に配置された光ファイバをＸ軸方向から平行光束によって照明する。カメラ７ｂは、Ｘ軸方向から照明された光ファイバを撮像するＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラ等の撮像手段である。カメラ７ｂは、焦点調整を適性に行うことにより光ファイバを透過してくる透過光によってコアを明瞭に把握することが可能なように、少なくとも開口数が０．３以上のものを使用することが望ましい。但し、開口数が０．６０を超えると、カメラ７ｂは、レンズが大型化して融着接続装置１における配置上の問題が生ずる。

Ｚ軸方向駆動部７ｃは、光源７ａ及びカメラ７ｂを光ファイバの光軸に沿ったＺ軸方向へ一体に移動させる１軸ステージ等の駆動手段である。一方、右ファイバ撮像部８は、光源８ａ及びカメラ８ｂがＹ軸方向に配置され、右ファイバセット部６に配置された光ファイバをＹ軸方向から撮像する。

ここで、融着接続装置１は、通常は、光ファイバ相互の突合せ部を撮像するため、図４及び図５に示すように、光源７ａ，カメラ７ｂと光源８ａ，カメラ８ｂがＺ軸方向に沿った同じ位置に配置されている。また、光源７ａ，カメラ７ｂと光源８ａ，カメラ８ｂは、互いに直交するＸ軸上とＹ軸上に配置されている。そして、六角形ファイバ２０を含む多角形ファイバの光軸廻りに関する回転基準位置を決定する際は、左ファイバセット部５と右ファイバセット部６のそれぞれに配置される多角形ファイバを個々に撮像するため、Ｚ軸方向駆動部７ｃ，８ｃによってＺ軸方向にそれぞれ個別に移動される。

但し、Ｚ軸方向に沿った同じ位置に配置した光源７ａ，カメラ７ｂと光源８ａ，カメラ８ｂのそれぞれが撮像した光ファイバの画像、特に、多角形ファイバの画像を画像処理部１３によって個々に画像処理し、各多角形ファイバの回転基準位置を決定することができれば、Ｚ軸方向駆動部７ｃ，８ｃは不用である。

電源ユニット９は、融着接続装置１の駆動電力を供給するユニットであり、交流電源の他、内蔵したバッテリや外部の直流電源を使用することができる。

制御部１０は、図３に示すように、駆動制御部１１、放電制御部１２、画像処理部１３、ディストーション演算部１４、コア係数演算部１５及び記憶部１６を備えており、マイクロコンピュータ等が使用される。

駆動制御部１１は、回転駆動部５ｃ，６ｃによる光ファイバの光軸廻りの回転を含め融着接続装置１を構成する各部の動作を制御する。放電制御部１２は、光ファイバ相互を融着接続する際、放電加工部３の放電電極３ａに印加する電圧や印加時間等を制御する。画像処理部１３は、カメラ７ｂ，８ｂから入力される光ファイバの画像情報をもとに、光ファイバの画像を処理し、光軸中心から半径方向外方向に沿った光強度分布を求める。特に、画像処理部１３は、光ファイバが多角形ファイバの場合には、回転位置ごとに入力される画像情報をもとに光強度分布を回転位置ごとに求める。求めた光強度分布（図７，図８参照）は、画像処理部１３から表示部２ａ及び記憶部１６に出力され、表示部２ａに表示されると共に記憶部１６に回転位置情報と共に光強度分布データとして記憶される。

ディストーション演算部１４及びコア係数演算部１５は、融着接続する光ファイバが多角形ファイバの場合に使用される。ディストーション演算部１４は、画像処理部１３が画像処理によって求めた回転位置ごとの光強度分布をもとに多角形ファイバのディストーションを演算する。

ここで、多角形ファイバは、光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が正多角形であり、コアの断面形状が楕円である。例えば、図６に示す六角形ファイバ２０について説明すると、六角形ファイバ２０は、光軸に垂直な断面におけるクラッド２０ａの外形が正六角形であり、コア２０ｂの断面形状が楕円である。また、コア２０ｂは、平行光線Ｌが入射するクラッド２０ａの辺に対して楕円の長軸ＡLが時計方向に角度θ（＝３０°）傾斜している。

このとき、画像処理部１３が画像処理によって求めた光強度分布は、クラッド２０ａの外形とコア２０ｂの断面形状によって周期的に変化し、例えば、図７に示すように回転位置ごとに異なる。なお、図中の角度（０°，１０°，２０°，……，５０°）は、図６に示す長軸ＡLを基準とした回転角度（回転位置）を示している。但し、図７は、コアがないことを除き六角形ファイバ２０と同一構造のコアレスファイバの場合における光強度分布の一例であり、横軸が照度（Ｗ／ｍｍ^２）であり、縦軸が中心からクラッド外方向への位置（ｍｍ）を示している。

ここで、図７に示すように、コアレスファイバは、光強度分布の中央に照度が大きい明部が現れると共に、その上下両側に照度が小さい暗部が現れ、入射する平行光線と外形形状との関係を反映するように光強度が変化する。この光強度分布において、２つの暗部の外側間の幅がクラッドの外径に対応しており、この幅を以下クラッド外径（図８参照）と呼ぶ。また、図７に示す光強度分布のうち、照度が小さい２つの暗部の間に現れる照度が大きい明部は、コアレスファイバの外縁に入射することなくカメラ７ｂ，８ｂに入射した平行光線に対応している。図７において、中央に現れる照度が大きい明部やその上下両側に現れる照度が小さい暗部は、コアレスファイバの外形形状に対応して発生している。

なお、六角形ファイバ２０の場合、中心に断面形状が楕円のコア２０ｂが存在するために、上述の光強度分布は、より複雑になるが、光強度が周期的に変化する点では大きく異なるものではない。特に、コア２０ｂの長軸ＡLに平行な方向から平行光線が入射すると、光強度分布は、図８に示すように、中央の明部Ｓbの部分にコア２０ｂの存在に起因した光強度の低下（図中Ａ，Ｂ参照）が２箇所に発生する。但し、コア２０ｂの長軸ＡLに直交する方向から平行光線が入射した場合、光強度分布に大きな変化は見られない。従って、これら２箇所の光強度低下は、入射する平行光線に対するコア２０ｂの位置関係によって生ずるものと言える。

ディストーション演算部１４は、画像処理部１３が求めた光強度分布をもとに、図８に示すように、明部Ｓbの中心Ｃbとクラッド外径Ｃodの中心Ｃdとの差（Ｃb−Ｃd）をディストーションＤiとして演算する。従って、図８において、２箇所の暗部Ｓdが中央の明部Ｓbに対して対称の場合、ディストーションＤiはゼロになる。

コア係数演算部１５は、画像処理部１３が求めた回転位置ごとの光強度分布をもとに多角形ファイバのコア係数を演算する。このコア係数の演算に当たり、コア係数演算部１５は、画像処理部１３が求めた光強度分布をもとに、図８に示すように、明部Ｓbに出現する２箇所の光強度が低下する強度低下部Ａ，Ｂにおけるコア係数ＣcU，ＣcDの平均値(＝(ＣcU＋ＣcD)／２)をコア係数Ｃcとして演算する。ここで、コア係数ＣcU，ＣcDは、強度低下部Ａ，Ｂのコアらしさを示す係数であり、強度低下部Ａ，Ｂのそれぞれに沿って移動しながら強度低下部Ａ，Ｂ上の連続した複数の点、例えば、５点を順次取りながら２次曲線（ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ）に近似させた際に得られる２次係数（＝ａ）の最大値をいい、以下のようにしてコア係数演算部１５が算出する。

例えば、図８の強度低下部Ａを拡大した図９に示すように、光強度に関する測定点Ｐ1〜Ｐnに関し、先ず測定点Ｐ1〜Ｐ5について２次曲線（ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ）の近似式を求め、そのときの２次係数をａ1とする。このとき、ｘは図８の縦軸に記載した位置（ｍｍ）に対応し、ｙは横軸の照度（Ｗ／ｍｍ^２）に対応している。次に、測定点Ｐ2〜Ｐ6について２次曲線（ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ）の近似式を求め、そのときの２次係数をａ2とする。以下、同様にして、測定点Ｐn-5〜Ｐnについて２次曲線（ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ）の近似式を求め、そのときの２次係数をａn-5とする。これらの２次係数ａ1，ａ2，……，ａn-5の最大値を強度低下部Ａのコア係数ＣcUとする。従って、コア係数Ｃcは、光学上で使用する明暗のコア係数に関する定義とは異なる本明細書のみにおいて使用する用語である。

記憶部１６は、融着接続の際に画像処理によって求めた光ファイバの光強度分布，演算したディストーションやコア係数の値等を読み出し自在に記憶する。

融着接続装置１は、以上のように構成されており、光ファイバを融着接続する際に使用されるが、例えば、六角形ファイバ２０を融着接続する際は以下のように作動する。即ち、融着接続装置１は、六角形ファイバ２０について通常の光ファイバと同様に被覆の除去等を含む前処理を施した後、六角形ファイバ２０を把持した光ファイバホルダを左ファイバセット部５のホルダ台５ａと右ファイバセット部６のホルダ台６ａにセットする。そして、作業者がスタートボタンを押すと、融着接続装置１は、六角形ファイバ２０のクリーニング放電、外径調心、端面角度やクラッド形状等の主要寸法測定、コア調心、融着接続、接続部検査、接続損失計算、六角形ファイバ２０の回転基準位置の決定等を自動的に行う。

このとき、六角形ファイバ２０は、図６に示す位置を初期位置０°として左ファイバセット部５のホルダ台５ａを時計方向に回転させながら角度２°間隔で角度０°〜角度２００°に亘ってディストーション及びコア係数を演算すると、回転角度１８０°を１周期として変化し、図１０に示す分布になることが分かっている。ここで、図１０において、コア係数は、図８に示すコア係数ＣcU，ＣcDのうちコア係数ＣcUを黒塗りのひし形で表し、コア係数ＣcDを黒塗りの正方形で表している。

図１０に示すように、六角形ファイバ２０の場合、ディストーションＤiは、クラッド２０ａの正六角形の外形形状に対応して約３０°間隔で変化する。但し、六角形ファイバ２０は、製造上のばらつきによってクラッド２０ａが真正の正六角形ではない。このため、ディストーションＤiは、約３０°間隔で変化するが、等しい３０°間隔での変化ではないうえ、約３０°間隔で変化することから、回転基準位置を決定することはできない。

一方、コア係数Ｃcは、図１０に示すように、六角形ファイバ２０の回転角度が２０〜４０°に亘る特定の回転領域において連続して大きくなっている。従って、図１０において、六角形ファイバ２０の特徴であるディストーションＤiがゼロであり、かつ、コア係数Ｃcの値が他の回転領域に比べて連続して大きくなる回転領域を特定すれば、そのときの回転位置、即ち、回転角度３０°付近を回転基準位置と決定することができる。即ち、六角形ファイバ２０は、この位置を回転基準位置とすれば相手の六角形ファイバ２０とコア２０ｂの位置を適正に一致させて融着接続することができる。

但し、本発明の回転基準位置決定方法は、六角形ファイバ２０のディストーションをもとに光軸廻りの回転における回転基準位置を決定する。このため、六角形ファイバ２０は、回転角度のみが一致していれば、楕円形のコア２０ｂの位置まで一致させる必要がない場合は、ディストーションＤiの一致する位置で回転角度を合わせればよい。

このため、接続対象の多角形ファイバは、多角形の具体的な値ごとにディストーションとコア係数の回転角度による角度分布の特性を知っておく必要がある。そこで、多角形ファイバは、融着接続装置１を使用して予めディストーションとコア係数を以下のようにして求めておく。例えば、六角形ファイバ２０について説明すると、六角形ファイバ２０を把持した光ファイバホルダをホルダ台５ａ，６ａに設置し、スタートボタンを押すと、融着接続装置１は、制御部１０の制御のもとに、先ず、左ファイバセット部５のホルダ台５ａを水平位置からそれぞれ時計方向へ１０５°回転し、右ファイバセット部６のホルダ台６ａを水平位置からそれぞれ反時計方向へ１０５°回転する。そして、融着接続装置１は、この位置を測定開始位置として、左ファイバセット部５のホルダ台５ａを少なくとも１８０°の範囲に亘って回転させると共に、右ファイバセット部６ホルダ台６ａを少なくとも１８０°の範囲に亘って回転させ、本発明の回転基準位置決定方法を実行する。以下、図１１に示すフローチャートを参照しながら本発明の回転基準位置決定方法を説明する。なお、左ファイバセット部５も右ファイバセット部６も同様の操作が実行されるので、一方の左ファイバセット部５について説明する。

先ず、制御部１０は、六角形ファイバ２０の回転位置ごとの撮像をカメラ７ｂに指示する（ステップＳ１００）。このとき、制御部１０は、駆動制御部１１によってホルダ台５ａの回転を制御しながら、カメラ７ｂによって六角形ファイバ２０を回転位置ごとに撮像する。次に、制御部１０は、各回転位置で撮像した六角形ファイバ２０の画像処理を画像処理部１３に指示する（ステップＳ１０２）。これにより、画像処理部１３が、各回転位置で撮像した六角形ファイバ２０の画像情報をもとに、光軸中心からクラッド外方向に沿った光強度分布を回転位置ごとに求める。

次いで、制御部１０は、画像処理部１３が求めた光強度分布をもとにディストーションＤiを六角形ファイバ２０の回転位置ごとにディストーション演算部１４に演算させる（ステップＳ１０４）。その後、制御部１０は、画像処理部１３が求めた光強度分布をもとにコア係数Ｃcを六角形ファイバ２０の回転位置ごとにコア係数演算部１５に演算させる（ステップＳ１０６）。このようして演算した回転位置ごとのディストーションＤi及びコア係数Ｃcは、ディストーション演算部１４及びコア係数演算部１５から記憶部１６に出力され、記憶部１６に記憶される。

次に、制御部１０は、全回転範囲（＝０°〜１８０°）におけるディストーションＤiとコア係数Ｃcの変化図を画像処理部１３に作成させる（ステップＳ１０８）。この変化図は、図１０に対応した図であり、表示部２ａに表示される。これにより、制御部１０は、ディストーションＤiがゼロであり、かつ、コア係数Ｃcの値が他の回転領域に比べて連続して大きくなる回転領域を特定することにより、ホルダ台５ａにセットした六角形ファイバ２０の回転基準位置を決定することができる。

以上が、六角形ファイバ２０のディストーションＤi及びコア係数Ｃcの分布特性を考慮した本発明の基本的な回転基準位置決定方法である。但し、六角形ファイバ２０は、製造上のばらつきによってディストーションＤiやコア係数Ｃcがファイバごとに微妙に異なっている。このため、実際の融着接続に際しては、融着接続装置１は、六角形ファイバ２０ごとに効率よく回転基準位置を決定する必要がある。

そこで、上述の回転基準位置決定方法を踏襲しつつ、融着接続装置１は、制御部１０に作動プログラムが設定され、以下のようにしてディストーションＤiとコア係数Ｃcを演算すると共に、回転位置の粗調整と微調整を行うことによって回転基準位置を決定する。

先ず、融着接続装置１は、六角形ファイバ２０を把持した光ファイバホルダをホルダ台５ａにセットして、作業者がスタートボタンを押すと、制御部１０の制御のもとに、その位置で六角形ファイバ２０を撮像して画像処理した画像情報をもとにディストーションＤi01とコア係数Ｃcを演算する。

このとき、融着接続装置１は、制御部１０の制御のもとに、以下の回転位置の粗調整を実行することにより、ホルダ台５ａ未回転の位置においてディストーションＤiがゼロとなる六角形ファイバ２０の回転位置を確定する。

1) 回転位置の粗調整
粗１ ディストーションゼロ外し工程
水平なホルダ台５ａにセットした六角形ファイバ２０のディストーションＤi01の絶対値が１未満の場合（｜Ｄi01｜＜１）、ホルダ台５ａをその位置から時計方向へ３０°／４回転させる。

この３０°／４回転させる操作は、図１２に示すように、回転基準位置Ｐを確認するための操作といえる。即ち、ディストーションＤi01の絶対値が１未満である図中の位置Ｑの回転位置にある場合、ホルダ台５ａをその位置から時計方向（図１０，図１２において右方向）へ３０°／４回転させると、ディストーションは＋（プラス）の値となるのに対し、回転基準位置Ｐの場合にはディストーションは−（マイナス）の値となる。これにより、ディストーションが同じゼロとなる位置であっても、図１２に示す回転基準位置Ｐと位置Ｑとを区別することができる。この関係は、図１２において、回転基準位置Ｐとディストーションがゼロとなる位置Ｒとを区別する場合にも適用できる。

一方、ディストーションＤi01の絶対値が１以上の場合（｜Ｄi01｜≧１）、言い換えるとディストーションＤi01が１以上か、−１以下の場合（Ｄi01≧１，Ｄi01≦−１）は、次の工程（粗２）へ進む。

粗２ ディストーションゼロ粗修正工程
ホルダ台５ａを３０°／４回転した場合と、回転しなかった場合とを含め、この位置におけるディストーションＤi02を新たに求める。ディストーションＤi02の値が＋（プラス）の場合（Ｄi02＞０）、ホルダ台５ａをその位置から時計方向へ角度θrc（＝Ｄi02×３０°／１０μｍ）回転させる。一方、ディストーションＤi02の値がプラスでない場合（Ｄi02≦０）、ホルダ台５ａをその位置から反時計方向へ角度θrc（＝Ｄi02×３０°／１０μｍ）回転させる。この操作は、θrc＝Ｄi02×３０°／１０μｍの式から明らかなように、ディストーションＤi02を１回の操作でゼロに粗修正する操作である。ディストーションゼロ粗修正が終了した後、次のディストーションゼロ確定工程（粗３）へ進む。

粗３ ディストーションゼロ確定工程
ホルダ台５ａを角度θrc回転させた位置におけるディストーションＤi03を新たに求める。ディストーションＤi03の値の絶対値が１を超えている場合（｜Ｄi01｜＞１）、ディストーションをゼロにする粗修正が不十分なので、前の粗２に戻り、再度ディストーションゼロ粗修正を行う。一方、ディストーションＤi03の絶対値が１未満の場合（｜Ｄi03｜≦１）、粗２におけるディストーションゼロ粗修正は適切に行われているので、ホルダ台５ａを３０度回転させ、次の回転位置での粗調整に移行する。

次に、融着接続装置１は、制御部１０の制御のもとに、ホルダ台５ａを更に３０度時計方向へ回転させ、ディストーションＤiとコア係数Ｃcを演算すると共に、上述の回転位置の粗調整を実行させる。このようにして、測定開始位置から少なくとも１８０°の範囲について演算と粗調整が終了したら、融着接続装置１は、制御部１０の制御のもとに、ディストーションＤiとコア係数Ｃcの変化図を画像処理部１３に作成させ、ディストーションＤiがゼロであり、かつ、コア係数Ｃcの値が他の回転領域に比べて連続して大きくなる回転領域から回転基準位置を決定する。そして、融着接続装置１は、制御部１０の制御のもとに、決定した回転基準位置までホルダ台５ａを逆回転させ、この回転基準位置の微調整を実行する。

2) 回転位置の微調整
微１ 回転基準位置確定工程
ホルダ台５ａを逆回転させた回転基準位置において、新たにディストーションＤi04[0]を求め、０．４≦Ｄi04[0]≦１．０を満たしている場合、粗３におけるディストーションの粗修正は適切に行われているので、次の最小値取得工程（微２）に移行する。一方、ディストーションＤi04[0]が上記式を満たさず、Ｄi04[0]＞１．０或いはＤi04[0]＜０．４の場合には、ホルダ台５ａを以下に説明する角度θc回転させてディストーションＤi04[0]を０．４≦Ｄi04[0]≦１．０に収束させることによって回転基準位置を確定させる。

即ち、ディストーションＤi04[0]が１．０よりも大きい場合（Ｄi04[0]＞１．０）、ホルダ台５ａを時計方向へ角度θc（＝（Ｄi04[0]−０．５）×３０°／１０μｍ）回転させる。一方、ディストーションＤi04[0]が０．４よりも小さい場合（Ｄi04[0]＜０．４）、ホルダ台５ａを反時計方向へ角度θc（＝（０．５−Ｄi04[0]）×３０°／１０μｍ）回転させる。このようにして、ホルダ台５ａの回転角度を修正した後、微１の工程を０．４≦Ｄi04[0]≦１．０となるまで繰り返す。

微２ 最小値取得工程
この工程においては、ホルダ台５ａを時計方向へ０．２°回転させ、ディストーションＤi04[n]を求める。求めたディストーションＤi04[n]が、Ｄi04[n]＜０．０３を満たしている場合、次の角度補正工程（微３）に移行する。Ｄi04[n]＜０．０３を満たしていない場合には、再度ホルダ台５ａを時計方向へ０．２°回転させ、Ｄi04[n]＜０．０３となるまで微２の工程を繰り返す。従って、微２の最小値取得工程は、微１の回転基準位置確定工程と共に、ホルダ台５ａをディストーションがゼロの回転位置、即ち、回転基準位置Ｐに近づけるための操作を実行する工程である。

微３ 角度補正工程
この工程は、六角形ファイバ２０の外形が正六角形のクラッド２０ａと楕円のコア２０ｂとの位置ずれに起因した角度補正を実行する工程である。微２の最小値取得工程において、Ｄi04[n]＜０．０３を満たした際のホルダ台５ａの回転角度をθ(min)、クラッド２０ａとコア２０ｂとの位置ずれに起因した角度補正係数をθ(cr)とすると、回転基準位置Ｐは、Ｐ＝θ(min)＋θ(cr)で与えられる。

融着接続装置１は、以上のようにして個々の六角形ファイバ２０の回転基準位置Ｐを決定する。そして、回転基準位置Ｐの決定後、融着接続装置１は、引き続く融着接続、接続部検査、接続損失計算等を自動的に行う。従って、融着接続装置１は、融着接続する六角形ファイバ２０の光軸廻りの回転方向における回転基準位置を高精度に決定することができる。また、融着接続装置１は、決定した回転基準位置をもとに接続対象の多角形ファイバを位置決めするので、光が伝搬するコアが高精度に位置決めされ、接続損失を小さく抑えて多角形ファイバ相互を融着接続することができる。

本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法を使用して多角形ファイバからなる光ファイバ相互の光軸廻りの回転基準位置を合わせて融着接続する光ファイバ融着接続装置を示す平面図である。 図１に示す光ファイバ融着接続装置のホルダ台を中心とする要部を示す斜視図である。 図１に示す光ファイバ融着接続装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示す光ファイバ融着接続装置における光源、六角形ファイバ、カメラ及び放電電極の六角形ファイバの光軸方向から見た配置を示す説明図である。 同じく光源、六角形ファイバ及びカメラの六角形ファイバの光軸に直交する方向から見た配置を示す説明図である。 六角形ファイバの断面を拡大した説明図である。 図６に示す六角形ファイバがコアのない場合における回転角度ごとに測定した光軸中心からクラッド外方向に沿った光強度分布図である。 六角形ファイバにおけるディストーション及びコア係数を説明する光強度分布図である。 コア係数の算出方法を説明する図である。 六角形ファイバ角度０°〜角度２００°まで回転させた際のディストーション及びコア係数の一例を示す図である。 本発明の多角形ファイバの回転基準位置決定方法を説明するフローチャートである。 図１０に示すディストーションの変化図の一部を使用して回転位置の粗調整におけるディストーションゼロ外し工程を説明する図である。

符号の説明

１ 融着接続装置
２ 本体
３ 放電加工部
４ 加熱処理部
５ 左ファイバセット部
６ 右ファイバセット部
７ 左ファイバ撮像部
７ｂ カメラ
８ 右ファイバ撮像部
８ｂ カメラ
９ 電源ユニット
１０ 制御部
１３ 画像処理部
１４ ディストーション演算部
１５ 演算部
Ｃc コア係数
Ｃb 明部の中心
Ｃd 暗部の中心
Ｃod クラッド外径
Ｄi ディストーション
Ｓb 明部
Ｓd 暗部

Claims (8)

1. 光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が多角形であり、側方から照明される多角形ファイバを前記光軸廻りに順次回転させながら回転位置ごとに撮像する撮像工程と、
   撮像した前記多角形ファイバの画像を処理し、前記光軸中心からクラッド外方向に沿った光強度分布を回転位置ごとに求める画像処理工程と、
   前記画像処理工程において求めた光強度分布をもとに当該光強度分布の明部の中心とクラッド外径の中心との差であるディストーションを回転位置ごとに演算するディストーション演算工程と、
   を含み、前記ディストーションをもとに前記光軸廻りの回転方向における対向する光ファイバとの角度合わせをした位置である回転基準位置を決定することを特徴とする多角形ファイバの回転基準位置決定方法。
2. 更に、前記多角形ファイバが、前記クラッドの中央にコアを有する場合、前記画像処理工程において求めた光強度分布をもとに当該光強度分布の明部に出現する光強度低下部のコアらしさを示すコア係数を回転位置ごとに演算するコア係数演算工程を含み、
   前記ディストーションと前記コア係数とをもとに前記光軸廻りの回転における回転基準位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の多角形ファイバの回転基準位置決定方法。
   ここで、前記コア係数とは、前記強度低下部に沿って移動しながら該強度低下部上の連続した複数の点を順次取りつつ該複数の点を２次曲線ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃに近似させた際に得られる該２次曲線の２次係数ａの最大値である。
3. 前記多角形ファイバは、光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が六角形であり、コアの断面形状が楕円であることを特徴とする請求項２に記載の多角形ファイバの回転基準位置決定方法。
4. 前記ディストーションがゼロであり、かつ、前記コア係数の値が他の回転領域に比べて大きい回転領域における回転位置を回転基準位置とすることを特徴とする請求項３に記載の多角形ファイバの回転基準位置決定方法。
5. 対向配置された光ファイバ相互を先端部分で融着接続する融着接続装置において、
   側方から照明される多角形ファイバを前記光軸廻りに順次回転させながら回転位置ごとに撮像する撮像手段と、
   撮像した前記多角形ファイバの画像を処理し、前記光軸中心からクラッド外方向に沿った光強度分布を回転位置ごとに求める画像処理手段と、
   前記画像処理手段が求めた光強度分布をもとに当該光強度分布における明部の中心とクラッド外径の中心との差であるディストーションを回転位置ごとに演算するディストーション演算手段と、
   を備え、前記ディストーションをもとに前記多角形ファイバの光軸廻りの回転方向における対向する光ファイバ相互の角度合わせをした位置である回転基準位置を決定することを特徴とする光ファイバ融着接続装置。
6. 更に、前記多角形ファイバが、前記クラッドの中央にコアを有する場合、前記画像処理手段が求めた光強度分布をもとに当該光強度分布における明部に出現する光強度低下部のコアらしさを示すコア係数を回転位置ごとに演算するコア係数演算手段を備え、
   前記ディストーションと前記コア係数とをもとに前記多角形ファイバの光軸廻りの回転における回転基準位置を決定することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ融着接続装置。
   ここで、前記コア係数とは、前記強度低下部に沿って移動しながら該強度低下部上の連続した複数の点を順次取りつつ該複数の点を２次曲線ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃに近似させた際に得られる該２次曲線の２次係数ａの最大値である。
7. 前記多角形ファイバは、光軸に垂直な断面におけるクラッドの外形が六角形であり、コアの断面形状が楕円であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ融着接続装置。
8. 前記ディストーションがゼロであり、かつ、前記コア係数の値が他の回転領域に比べて大きい回転領域における回転位置を回転基準位置とすることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ融着接続装置。

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