JPWO2023032506A5

JPWO2023032506A5 -

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Publication number: JPWO2023032506A5
Application number: JP2023545149A
Authority: JP
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-05-23

Description

図１は、本開示に係る光ファイバの調芯方法等（調芯後の光ファイバの固定および互いに向かい合うように配置された光ファイバ間の接続を含む）に適用可能な種々の光ファイバの外観（一部破断図含む）および断面構造を示す図である。図２は、調芯後の光ファイバを固定（仮固定含む）するための固定治具（本開示の接続装置に含まれる）の種々の構成例を示す図である。図３は、調芯および固定された２本の光ファイバ間を接続するための種々の構成（本開示の接続装置に含まれる）を示す図である。図４は、本開示の光ファイバの調芯方法における調芯動作を説明するための簡単な装置構成例を示す図である。図５は、種々の仮固定機構の構造を示す図である。図６は、本開示の光ファイバの調芯方法の各ステップを説明するための図である。図７は、図６に示されたステップＳＴ２およびステップＳＴ５における調芯装置の構成例を示す図である。図８は、それぞれのコア配置が回転対称性を有する２本のＭＣＦ間の調芯動作の種々の例として、粗調芯ステップと微調芯ステップにおける回転調芯精度を説明するための図である。図９は、それぞれのコア配置が回転対称性を有さない２本のＭＣＦ間の調芯動作の一例として、粗調芯ステップと微調芯ステップにおける回転調芯精度を説明するための図である。図１０は、それぞれのコア配置が回転対称性を有する２本のＭＣＦ間の調芯動作の変形例として、粗調芯ステップと微調芯ステップにおける回転調芯精度を説明するための図である。図１１は、マーカー検出を難しくする具体的なケースを説明するための図である。

本開示の調芯装置は、
（７）上記（１）から上記（６）において定義された本開示の光ファイバの調芯方法を実現する。すなわち、当該調芯装置によれば、複雑な駆動系を適用することなく光ファイバの高精度調芯が可能になる。具体的に、本開示の調芯装置は、粗調芯部と、微調芯部と、を備え、第一中心軸に沿って伸びるとともに該第一中心軸に垂直な第一端面上の所定の位置に配置された複数の第一コアを有する第一光ファイバおよび第二中心軸に沿って伸びるとともに該第二中心軸に直交する第二端面上において第一端面における所定の位置と等しい位置に配置された複数の第二コアを有する第二光ファイバの双方または第二光ファイバを調芯対象として選択し、互いに光学的に接続されるように第一および第二光ファイバを調芯する。粗調芯部は、第一および第二光ファイバの端面観察の結果に基づいて、第一および第二光ファイバを粗調芯する。微調芯部は、粗調芯部によって粗調芯された第一および第二光ファイバの間において対応付けられるコア間それぞれの光学的な結合効率を増加させるように、第一および第二光ファイバの側面観察の結果に基づいて、第一および第二光ファイバを微調芯する。
ここで、粗調芯部は、第一画像取得部と、計測部と、第一回転部と、を備える。第一画像取得部は、第一および第二光ファイバの端面画像をそれぞれ取得する。計測部は、複数の第一コアで構成される第一端面上の第一コア配置および複数の第二コアで構成される第二端面上の第二コア配置に関する情報として、第一および第二光ファイバの端面画像それぞれから、複数の第一コアそれぞれおよび複数の第二コアそれぞれについて、寸法および中心位置を計測する。第一回転部は、計測部の計測結果に基づいて、調芯対象の中心軸を中心とした周方向に沿って該調芯対象を回転させる。また、微調芯部は、第二画像取得部と、第二回転部と、を備える。第二画像取得部は、第一および第二光ファイバの側面画像を取得する。第二回転部は、粗調芯された第一および第二光ファイバ間の調芯状態を側面画像から確認し、調芯対象の前記中心軸を中心とした周方向に沿って調芯対象を回転させる。なお、粗調芯部の第一回転部および微調芯部の第二回転部は、共通する調芯機構により構成されてもよく、また、それぞれが異なる調芯機構により構成されてもよい。
特に、第一回転部は、第一および第二光ファイバを、第一コア配置と第二コア配置の双方が２回以上であるｎ回の回転対称性を有する第一条件下において、第一端面上で定義されるとともに複数の第一コアのうちの特定の第一コアの中心を通過するように第一端面の中心から伸びる第一ラインにより指示される方位と第二端面上で定義されるとともに複数の第二コアのうち特定の第一コアに対応付けられる特定の第二コアの中心を通過するように第二端面の中心から伸びる第二ラインにより指示される方位とのなす第一角度が、３６０°／ｎ以下になるように回転させる。また、第一回転部は、第一および第二光ファイバを、第一コア配置と第二コア配置の双方が回転対称性を有さない第二条件下において、第一ラインにより指示される方位と第二ラインにより指示される方位とのなす第二角度が、第一端面上で定義されるとともに前記複数の第一コアの中心を通過するように第一端面の中心から放射状に伸びる複数の第一放射ライン要素間のなす角度または第二端面上で定義されるとともに複数の第二コアの中心を通過するように第二端面の中心から放射状に伸びる複数の第二放射ライン要素間のなす角度のうち零を除く最小角度以下になるように回転させる。

なお、図４の下段に示された装置構成例において、制御部１２０は、微調芯ステップとして、第二画像取得サブステップを実施する光源１４０Ｃおよび第二画像取得部としてのカメラ１００を制御する。また、制御部１２０は、側面画像１００Ｂに基づいたパターンマッチングに基づいて、ファイバ軸ＡＸを中心とした周方向に沿って調芯対象のＭＣＦ１０を回転させるように第二回転部を制御する。なお、制御部１２０は、調芯対象（図４に示されたＭＣＦ１０）の側面画像と、該調芯対象と光学的に接続されるべき別の光ファイバの側面画像が別々に取得される場合、調芯目標データとして該別の光ファイバの側面画像を記録するメモリを有するのが好ましく、該調芯対象の回転制御は、調芯対象のＭＣＦ１０の側面画像が別のＭＣＦ１０の側面画像に一致するように実施される。なお、図４の下段に示された調芯機構１３０は、上述の図４の上段に示された装置構成例と同じである。

左側ＭＣＦ１０の端面画像が取得されると、ミラー９００が矢印Ｓ５で示された方向に反転することにより、左側ＭＣＦ１０と同様に、右側ＭＣＦ１０の端面画像がカメラ１００により取得される。左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０それぞれの端面画像が取得されると、計測サブステップおよび第一回転サブステップが続けて実行される（ステップＳＴ２）。すなわち、計測サブステップにおいて、端面における要素配置に関する情報として、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０の端面画像それぞれから、少なくとも、複数の要素（コア、マーカー、クラッド等）それぞれの寸法および中心位置が計測される。例えば、制御部１２０は、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０の計測結果に基づいて、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０それぞれの、ｘ軸方向の移動量、ｙ軸方向の移動量および回転角を決定し、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０の姿勢を変更するための種々の駆動系を制御する。この駆動系の制御は、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０のコア等の要素間における対応関係が一意に決定可能になる許容範囲に収まるように、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０に対する回転調芯（第一回転サブステップ）が実施される。

したがって、回転対称性を有さないコア配置の例として、図９に示された４コア配置の場合、粗調芯ステップにおける許容範囲は、左側ＭＣＦ１０の端面上で定義されるとともにコア＃１からコア＃４のうちの特定のコアの中心を通過するように端面中心から伸びるラインＬにより指示される方位と、右側ＭＣＦ１０の端面上で定義されるとともにコア＃１からコア＃４のうち該特定のコア（左側ＭＣＦ１０のコア＃１）に対応付けられる特定のコアの中心を通過するように端面中心から伸びるラインＬにより指示される方位と、のなす角度が、零を除く所定の最小角度以下になるように、粗調芯される。なお、零を除く最小角度は、左側ＭＣＦ１０の端面および右側ＭＣＦ１０の端面のそれぞれにおいて、放射ライン要素Ｌ１から放射ライン要素Ｌ４間のなす角度から選択される角度θである。したがって、図９の例（回転対称性を有さない４コア配置）において、微調芯ステップでは、図９の中央および右側に示されたように、回転角０°（左側ＭＣＦ１０コア配置を示す４つの方位それぞれ）を中心とした－θ°以上＋θ°以下の最大角度範囲内において回転調芯のための回転角が決定される。なお、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０が調心された状態では、それぞれの端面をミラーで反射させて同一方向から見た像は両光ファイバに共通のファイバ軸ＡＸに対して垂直な直線で折り返した向きになる。そこで、粗調芯ステップにおける第一回転サブステップの回転調芯は、左側ＭＣＦ１０の像を折り返した配置と右側ＭＣＦ１０の像との間のずれ角（左側ＭＣＦ１０におけるコア配置の方位を指示するラインＬと右側ＭＣＦ１０におけるコア配置の方位を指示するラインＬとのなす角度）が、上述の許容範囲（図９の中央および右側に示された角度範囲）内に収まるように、調芯対象（図９の例のように左側ＭＣＦ１０が固定されている場合は、右側ＭＣＦ１０）を回転することにより実施される。なお、図９の例では、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０の端面それぞれにはマーカーが配置されていないが、マーカーが配置されている場合であっても（側面観察時にマーカー１１１が観測不能であっても）、コア配置を一致させることで、必然的にマーカーも一致させることが可能になる。

図１０の例において、中央に示された右側ＭＣＦ１０は、調芯目標である左側ＭＣＦ１０と同様に、マーカー１１１が側面観察方向に沿ってコア＃４に重なるように粗調芯されている。ここで、マーカー１１１の断面サイズはコア＃１からコア＃４のいずれのコアの断面サイズよりも小さい。そのため、左側ＭＣＦ１０における端面上のコア配置と右側ＭＣＦ１０における端面上のコア配置が完全に一致しているとは限らない。そこで、粗調芯ステップに続く微調芯ステップでは、右側ＭＣＦ１０（中央）をコア直径に相当する回転角だけ微調芯が行われる（実質的には誤差補正）。この回転角（補正範囲）は、粗調芯ステップにおける許容範囲（微調芯ステップにおける回転可能範囲）内に収まっており、具体的には、左側ＭＣＦ１０および右側ＭＣＦ１０それぞれのコア配置から得られる回転周期（＝９０°）以下である。同様に、図１０の例において、右側に示された右側ＭＣＦ１０は、調芯目標である左側ＭＣＦ１０とは異なり、マーカー１１１が側面観察方向に沿ってコア＃１に重なるように粗調芯されている。この場合、粗調芯ステップに続く微調芯ステップでは、回転角０°（左側ＭＣＦ１０のコア配置を示す方位）を中心とした－９０°以上＋９０°以下の最大角度範囲（コア配列の回転周期）内において回転調芯のための回転角が決定される。なお、マーカー１１１が側面観察方向に沿ってコア＃２またはコア＃３と重なるように粗調芯された場合でも、微調芯ステップでは、回転角０°を中心とした－９０°以上＋９０°以下の最大角度範囲（コア配列の回転周期）内において回転調芯のための回転角が決定される。

本開示の光ファイバの調芯方法によれば、上述のような駆動系制御への要求精度の緩和に加え、端面観察と側面観察を組み合わせた調芯により、マーカーの位置を含めて精度よく調芯することが可能になる。一般的なＭＣＦでは、マーカーの数はコア数よりも少なく、また、その屈折率変化領域の寸法は、各コアよりも小さく設計されることが多い。そのため、側面観察時にマーカーを検出できなくなるケースとして、例えば、ＭＣＦとカメラの位置関係によっては、マーカーがコアの影に入ってしまう場合(ケース１)、コアでの屈折による光とマーカーでの屈折による光がカメラの同一観測画素で計測されてしまう場合（ケース２）が考えられる。このようなケースでは、マーカーでの屈折による光が微弱になり、コアでの屈折による光に埋もれて検出できなくなる。通常、マーカー検出ができない状態で調芯を行うと、マーカー不一致により意図したコアと異なるコア同士が接続されてしまい、再融着が必要になる。なお、図１１は、上述のようなマーカー検出を難しくする具体的なケースを説明するための図である。すなわち、上記ケース１は、コア１１に対してマーカーは破線で示された円１１１Ａ１または円１１１Ａ２に配置されることにより、マーカーがコア１１の影に入った状態を示している。一方、上記ケース２は、コア１１に対してマーカーは破線で示された円１１１Ｂ１、円１１１Ｂ２、円１１１Ｃ１または円１１１Ｃ２に配置されることにより、コア１１からの屈折光が計測されるカメラの屈折光到達エリア（観察画素領域）内にマーカーからの屈折光が到達した状態を示している。しかしながら、本開示の光ファイバの調芯方法によれば、このマーカー不一致を回避することが可能になる。まず端面観察による粗調芯ステップで２本の光ファイバ間でのマーカーとコアがおおよそ一致した状態まで調芯され、その状態から側面観察による微調芯ステップが実施されることで、微調芯ステップにおいてマーカー検出が不能な場合であっても、粗調芯後に取得される側面画像に基づいて２本の光ファイバ間の対応する端面要素が一致するように調芯することで、必然的に２本の光ファイバ間のマーカー位置を合わせることが可能になる。

Claims

第一中心軸に沿って伸びるとともに前記第一中心軸に垂直な第一端面上の所定の位置に配置された複数の第一コアを有する第一光ファイバおよび第二中心軸に沿って伸びるとともに前記第二中心軸に直交する第二端面上において前記第一端面における前記所定の位置と等しい位置に配置された複数の第二コアを有する第二光ファイバの双方または前記第二光ファイバを調芯対象として選択し、互いに光学的に接続されるように前記第一および第二光ファイバを調芯するための光ファイバの調芯方法であって、
前記第一および第二光ファイバの端面観察の結果に基づいて、前記第一および第二光ファイバを粗調芯する粗調芯ステップと、
粗調芯後の前記第一および第二光ファイバの間において対応付けられるコア間それぞれの光学的な結合効率を増加させるように、前記第一および第二光ファイバの側面観察の結果に基づいて、前記第一および第二光ファイバを微調芯する微調芯ステップと、
を備え、
前記粗調芯ステップは、
前記第一および第二光ファイバの端面画像をそれぞれ取得する第一画像取得サブステップと、
前記複数の第一コアで構成される前記第一端面上の第一コア配置および前記複数の第二コアで構成される前記第二端面上の第二コア配置に関する情報として、前記第一および第二光ファイバの前記端面画像それぞれから、前記複数の第一コアそれぞれおよび前記複数の第二コアそれぞれについて、寸法および中心位置を計測する計測サブステップと、
計測サブステップの計測結果に基づいて、前記調芯対象の中心軸を中心とした周方向に沿って前記調芯対象を回転させる第一回転サブステップと、
を含み、
前記微調芯ステップは、
前記第一および第二光ファイバの側面画像を取得する第二画像取得サブステップと、
粗調芯後の前記第一および第二光ファイバ間の調芯状態を前記側面画像から確認し、前記調芯対象の前記中心軸を中心とした周方向に沿って前記調芯対象を回転させる第二回転サブステップと、
を含み、
前記第一回転サブステップにおいて、前記第一および第二光ファイバは、
前記第一コア配置と前記第二コア配置の双方が２回以上であるｎ回の回転対称性を有する第一条件下において、前記第一端面上で定義されるとともに前記複数の第一コアのうちの特定の第一コアの中心を通過するように前記第一端面の中心から伸びる第一ラインにより指示される方位と前記第二端面上で定義されるとともに前記複数の第二コアのうち前記特定の第一コアに対応付けられる特定の第二コアの中心を通過するように前記第二端面の中心から伸びる第二ラインにより指示される方位とのなす第一角度が、３６０°／ｎ以下になるように、または、前記第一コア配置と前記第二コア配置の双方が回転対称性を有さない第二条件下において、前記第一ラインにより指示される方位と前記第二ラインにより指示される方位とのなす第二角度が、前記第一端面上で定義されるとともに前記複数の第一コアの中心を通過するように前記第一端面の中心から放射状に伸びる複数の第一放射ライン要素間のなす角度または前記第二端面上で定義されるとともに前記複数の第二コアの中心を通過するように前記第二端面の中心から放射状に伸びる複数の第二放射ライン要素間のなす角度のうち零を除く最小角度以下になるように、粗調芯される、
光ファイバの調芯方法。
前記微調芯ステップに先立って、粗調芯後の前記第一光ファイバの前記第一端面と粗調芯後の前記第二光ファイバの前記第二端面との間隔が短縮するように、少なくとも粗調芯後の前記第二光ファイバを前記第二中心軸に沿って移動させる移動ステップを、さらに備える、
請求項１に記載の光ファイバの調芯方法。
前記粗調芯ステップおよび前記微調芯ステップの双方または一方において、前記第一光ファイバの前記第一端面における前記第一コア配置は、調芯目標として固定される、
請求項１に記載の光ファイバの調芯方法。
前記計測サブステップにおいて、前記第一端面上における前記第一コア配置および前記第二端面上における前記第二コア配置それぞれの回転対称性を定義する回転周期が計測され、前記第二回転サブステップにおける回転調芯は、前記第一回転サブステップ後の前記第一角度以下または前記第二角度以下の回転角で前記調芯対象を回転することにより実施される、
請求項１に記載の光ファイバの調芯方法。
前記第一光ファイバは、前記第一中心軸に沿って伸びる第一マーカーを含み、前記第二光ファイバは、前記第二中心軸に沿って伸びる第二マーカーを含み、
前記第一回転サブステップにおいて、前記複数の第一コアのいずれかと前記第一マーカーが重なるとともに前記複数の第二コアのいずれかと前記第二マーカーが重なった状態の前記側面画像が前記第二画像取得サブステップで取得される位置に、前記調芯対象が回転させられる、
請求項１に記載の光ファイバの調芯方法。
前記第一および第二光ファイバそれぞれは、マルチコア光ファイバおよびバンドルファイバのいずれかである、
請求項１に記載の光ファイバの調芯方法。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光ファイバの調芯方法を実施するための調芯装置。
請求項７に記載の調芯装置により調芯された前記第一光ファイバの前記第一端面と前記第二光ファイバの前記第二端面とを突き合わせた状態で、前記第一および第二光ファイバを加熱融着する融着装置を含む接続装置。
請求項７に記載の調芯装置により調芯された前記第一光ファイバの前記第一端面と前記第二光ファイバの前記第二端面とを向かい合わせた状態で、前記第一および第二光ファイバを固定する固定冶具を含む接続装置。
前記固定冶具は、メカニカルスプライス素子である、
請求項９に記載の接続装置。