JP7205643B2 - コア位置把握方法、接続方法、及び接続装置 - Google Patents

コア位置把握方法、接続方法、及び接続装置 Download PDF

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Description

本開示は、マルチコアファイバを接続する際のコア位置把握方法、接続方法、及び接続装置に関する。
マルチコアファイバ（ＭＣＦ）の調心する方法には、コアの位置に合わせて回転調心を行う方法がある（例えば特許文献１を参照。）。この技術における光ファイバを調心する調心装置は、取得部と、算出部と、回転処理部と、を備える。取得部は、前記光ファイバの側面画像を取得する。算出部は、前記側面画像の輝度と基準側面画像の輝度との相関係数を算出する。回転処理部は、前記相関係数がピークとなるように前記光ファイバを前記光ファイバの軸方向に回転させる。
国際公開ＷＯ２０１７／１３０６２７
従来の回転調心は、ファイバ端面画像取得と接着固定とが異なる工程であり、ファイバ固定部接着時にファイバに発生する回転ずれや位置ずれを制御することが困難という課題があった。ファイバ端面画像取得と接着固定とが異なる工程であることは接続作業が煩雑化し、回転ずれや位置ずれは接続損失が増大する原因にもなる。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、接続作業を簡素化でき、且つ回転ずれや位置ずれを低減できるコア位置把握方法、接続方法、及び接続装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る接続方法は、マルチコアファイバの側面に目印のラインを描画し、当該ラインからマルチコアファイバの回転角度を把握することとした。
具体的には、本発明に係るコア位置把握方法は、マルチコアファイバのコア位置把握方法であって、
前記マルチコアファイバの側面に前記マルチコアファイバの端部から長手方向に伸びる所定長のラインを描くこと、
前記端部における前記マルチコアファイバの断面において、前記マルチコアファイバのマーカーと前記マルチコアファイバの中心を通る直線と、前記ラインと前記マルチコアファイバの中心を通る直線とが成す角度φを測定すること、
前記端部を含むように前記マルチコアファイバを側方から観察し、前記マルチコアファイバの輪郭線のうち、長手方向の輪郭線のひとつと、前記ラインとの間隔χ’を測定すること、及び
数Ｃ１で前記マルチコアファイバの回転量χを計算すること
を特徴とする。
Figure 0007205643000001
 ただし、ａ１は前記マルチコアファイバの半径である。
本発明に係るコア位置把握方法は、マルチコアファイバの側面の目印からマルチコアファイバの回転角度を計算できるため、デバイスに接続するときに回転角度を調整しながら接続できる。また、マルチコアファイバをガラス基板等に接続後に導波路を形成する場合も回転角度を考慮して導波路を形成できる。
ここで、マルチコアファイバの端部と接続先のデバイスとを接続する場合、次のようにすることが好ましい。前記コア位置把握方法を行うときに、前記角度φを測定することと、前記間隔χ’を測定することの間で、前記マルチコアファイバの前記端部と前記デバイスとを接続することとすれば、ファイバ端面画像取得と接着固定とを同一行程とすることができる。
このような接続方法は、次の接続装置で実現できる。
当該接続装置は、
マルチコアファイバの端部と接続先のデバイスとを接続する接続器と、
前記端部を含むように前記マルチコアファイバを側方から観察するカメラと、
前記カメラで観察した画像から、前記マルチコアファイバの輪郭線のうち、長手方向の輪郭線のひとつと、前記マルチコアファイバの側面に描かれた前記マルチコアファイバの前記端部から長手方向に伸びる所定長のラインとの間隔χ’を測定する間隔測定器と、
数Ｃ１で前記マルチコアファイバの回転量χを計算する演算器と、
を備える。
当該装置で、前記接続器が、前記回転量χに基づいて前記マルチコアファイバを回転させる回転機能を有することとすれば、ファイバ端面画像取得と接着固定とを同一行程とすることができる。
つまり、本発明に係る方法及び装置は、ファイバ端面画像取得と接着固定とが同じ工程とすることができ、マルチコアファイバの回転や位置ずれによる接続損失を低減できる。
従って、本発明は、接続作業を簡素化でき、且つ回転ずれや位置ずれを低減できるコア位置把握方法、接続方法、及び接続装置を提供することができる。
複数の前記ラインを描き、前記ライン毎に前記回転量χを計算し、前記ライン毎の前記回転量χを平均化することが好ましい。回転角度の精度を向上させることができる。
前記マルチコアファイバのコアの配置が、
六方細密配置の場合、前記端部における前記マルチコアファイバの断面から見て、前記ラインを６０°間隔で６本描き、
正方格子配置の場合、前記端部における前記マルチコアファイバの断面から見て、前記ラインを９０°間隔で４本描き、
一層の円環配置の場合、前記端部における前記マルチコアファイバの断面から見て、前記ラインを、前記コア数の約数且つ４以上の最小値の数だけ等間隔に描く
ことがよい。
また、本発明に係る接続装置は、前記マルチコアファイバを前記デバイスに接続する前に、前記端部における前記マルチコアファイバの断面を観察し、前記角度φを測定する角度測定器をさらに備えることや、前記マルチコアファイバの側面に前記ラインを描く描画器をさらに備えることが好ましい。一連の接続作業を同一行程とすることができ、作業の簡素化が図れる。
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
本発明は、接続作業を簡素化でき、且つ回転ずれや位置ずれを低減できるコア位置把握方法、接続方法、及び接続装置を提供することができる。
本発明に係る接続方法を説明する図である。 本発明に係るコア位置把握方法を説明する図である。 本発明に係るコア位置把握方法を説明する図である。 本発明に係るコア位置把握方法を説明する図である。 本発明に係るコア位置把握方法を説明する図である。 本発明に係るコア位置把握方法を説明する図である。 本発明に係る接続装置を説明する図である。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
図１は、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）１０と透明ガラス基板２０とを接続する接続方法を説明する図である。本図では、例としてＭＣＦ１０のコア数を４としているが、ＭＣＦのコア数は任意である。また、図２は、本接続方法で採用するコア位置把握方法を説明するフローチャートである。
本接続方法は、まず、マルチコアファイバ１０の側面にマルチコアファイバ１０の端部から長手方向に伸びる所定長のライン（Ｌ１～Ｌ４）を描く工程を行う（ステップＳ０１）。図１（ａ）は、本工程を説明する図である。本工程では、例えば、フェムト秒レーザを用いて、ＭＣＦ１０の表面に、外部から観察可能である程度の長さのライン（Ｌ１～Ｌ４）を描く。本図では４本のラインを描いているが、ラインの数は任意である。
続いて、本接続方法は、前記端部におけるマルチコアファイバ１０の断面において、マルチコアファイバ１０のマーカー１５とマルチコアファイバ１０の中心Ｃｅを通る直線と、前記ラインとマルチコアファイバ１０の中心Ｃｅを通る直線とが成す角度φを測定する工程を行う（ステップＳ０２）。図１（ｂ）は、本工程を説明する図である。本工程では、ラインを描いたＭＣＦ１０の断面（ファイバ端面）を観察し、マーカー１５といずれかのライン（例えばＬ１）との位置関係を把握する。具体的には、マーカー１５と中心Ｃｅとを結ぶ直線と、ラインと中心Ｃｅとを結ぶ直線とが成す角度φを測定する。なお、マーカー１５は、コア１２の位置を把握するためのマーキングであり、各コア１２とマーカー１５との相対位置は既知である。
続いて、本接続方法は、前記端部を含むようにマルチコアファイバ１０を側方から観察し、マルチコアファイバ１０の輪郭線のうち、長手方向の輪郭線のひとつ１７と、ラインＬ１との間隔χ’を測定する工程を行う（ステップＳ０３）。図３（ａ）は、本工程を説明する図である。本工程では、ＭＣＦ１０を側面から観察し、ＭＣＦ１０の輪郭線を取得する。そして、当該輪郭線のうちファイバ側端の輪郭線１７とラインＬ１との距離χ’を測定する。
続いて、本接続方法は、数Ｃ１で前記マルチコアファイバの回転量χを計算する工程を行う（ステップＳ０４）。図３（ｂ）は、本工程を説明する図である。距離χ’及びＭＣＦ１０の半径ａ１を用いて、ＭＣＦ１０の上を「起点」とした時計方向周りの角度θを下式から求める。なお、半径ａ１は既知である。
Figure 0007205643000002
さらに、θを用い、図３（ｂ）の起点からのマーカー１５の回転量、すなわちＭＣＦ１０の回転量χを下式から把握する。
［数２］
χ＝θ－φ （２）
式（１）を式（２）に代入することで、数Ｃ１を得ることができる。
Figure 0007205643000003
マーカー１５とコア１２との相対位置が既知なので、回転量χからコアの配置を把握することができる（ステップＳ０５）。
本接続方法では、ステップＳ０２でＭＣＦ１０のファイバ端面における角度φを測定しておけばよいため、ステップＳ０２の終了後、且つステップＳ０３の前にＭＣＦ１０のファイバ端面と透明ガラス基板２０とを接続することができる（図１（ｃ））。ＭＣＦ１０と透明ガラス基板２０とを接続した状態で間隔χ’を測定することで、ＭＣＦ１０の回転量χを計算でき、ＭＣＦ１０のコア位置を把握できる（図１（ｄ））。把握したコア位置に接続するように、フェムト秒レーザを用いて透明ガラス基板２０に導波路を形成する。
本接続方法は、ＭＣＦ１０と透明ガラス基板２０とを接続した後に透明ガラス基板２０に導波路を形成するため、ＭＣＦ１０の各コア１２と当該導波路とのずれが無く、接続損失を低減することができる。
（実施形態２）
なお、実施形態１の説明は、一本のラインＬ１を使用してＭＣＦ１０の回転量χを把握する場合の説明であるが、複数のラインを使用してＭＣＦ１０の回転量χを把握してもよい。つまり、本実施形態のコア位置把握方法は、複数の前記ラインを描き、前記ライン毎に前記回転量χを計算し、前記ライン毎の前記回転量χを平均化することを特徴とする。
図４は、ＭＣＦ１０に複数のライン（Ｌ１～Ｌ４）を描画した図である。ＭＣＦ１０には、中心Ｃｅに対する配置角度が９０°以下となるように複数本ラインを作成する。図２の方法でライン毎にコア位置を把握でき、ライン毎のコア位置を平均化することで特定精度を向上することができる。
また、図４に示すように、４本のラインのうち１本をファイバ端面から距離ｙずらして作成し、かつライン長をラインごとに変更することが好ましい。このようにラインを設定することで、複数のラインを使ってコア位置を特定する際にいずれのラインを使って特定したものかを容易に判断することができる。
（実施形態３）
ＭＣＦの使用状況によっては、コアの区別が不要の場合がある。このような場合、マーカーによるコアの区別が不要で、ファイバ内のコアの位置のみを把握すればよい。例えば、図５の（ａ）～（ｄ）のように、ＭＣＦ１０は回転しているが、コアの位置さえ把握できれば良いような場合である。
このような場合、図６に示すようにＭＣＦの回転量に関わらずコアとラインの関係が一致するようにラインを描く。コア配置により必要なライン数が異なる。
六回対称となる六方細密配置の場合は、１２０°間隔に６本のラインを描く。
四回対称となる正方格子配置の場合は、９０°間隔に４本のラインを描く。
一層の円環配置の場合は、コア数の約数の中で４以上の最小のライン数とする。例えば、七回対称の配置の場合は３６０／７度間隔で７本のラインを描く。八回対称の配置の場合は９０°間隔に４本のラインを描く。
（実施形態４）
図７は、本実施形態の接続装置３００を説明する図である。接続装置３００は、実施形態１で説明したＭＣＦ１０の回転量χを計算することができる。接続装置３００は、
マルチコアファイバ１０の端部と接続先のデバイスとを接続する接続器３１と、
前記端部を含むようにマルチコアファイバ１０を側方から観察するカメラ３２と、
カメラ３２で観察した画像から、マルチコアファイバ１０の輪郭線のうち、長手方向の輪郭線のひとつと、マルチコアファイバ１０の側面に描かれたマルチコアファイバの前記端部から長手方向に伸びる所定長のラインとの間隔χ’を測定する間隔測定器３３と、
数Ｃ１でマルチコアファイバ１０の回転量χを計算する演算器３４と、
を備える。
カメラ３２と間隔測定器３３が図２のステップＳ０３を行う。演算器３４が図２のステップＳ０４を行う。なお、接続装置３００が接続器３１、カメラ３２、間隔測定器３３及び演算器３４のみを備える場合、角度φが演算器３４に別途与えられるものとする。
接続装置３００の接続器３１は、前記回転量χに基づいてマルチコアファイバ１０を回転させる回転機能３１ａを有することを特徴とする。回転機能３１ａを備えることで、接続装置３００は、接続先のデバイスを基準として回転量χだけＭＣＦ１０を逆に回転させて接続することができる。デバイスとＭＣＦ１０との回転ずれを解消して接続損失を低減することができる。
また、接続装置３００は、マルチコアファイバ１０を前記デバイスに接続する前に、前記端部におけるマルチコアファイバ１０の断面を観察し、前記角度φを測定する角度測定器３５をさらに備える。角度測定器３５は、図２のステップＳ０２を行う。接続装置３００が角度測定器３５も備えることで、接続装置３００は角度φを自身で測定することができる。
また、接続装置３００は、マルチコアファイバ１０の側面に前記ラインを描く描画器３６をさらに備える。描画器３６は、図２のステップＳ０１を行う。描画器３６は、ラインを描くための加工機能であり、例えばフェムト秒レーザ加工機である。
接続装置３００は、ライン描画後にＭＣＦ１０の断面を確認してコア、マーカー、及びラインの位置関係を把握する第１機能、ＭＣＦ１０の側面からラインの位置を確認し、これらからＭＣＦ１０の回転量χを把握する第２機能、並びに接続対象のガラス基板にＭＣＦ１０を接続する第３機能を備える。第３機能に、ＭＣＦ１０を回転させる回転機能を付与することで光導波路が内蔵された光デバイスとＭＣＦ１０を接続する作業に適用することができる。
なお、第２機能とファイバ回転機能を含む第３機能は、ＭＣＦ１０を設置し直すと回転量χが変わってしまうため、一体化させる必要がある。
［付記］
以下は、本発明の接続装置を説明したものである。
（課題）
ＭＣＦの調心には、コアの位置に合わせて回転調心を行うが、回転調心には回転ずれによる損失の増加や接続作業の煩雑化という課題がある。これは、ファイバ端面の画像取得工程と接着固定の工程とが異なることに起因する。ファイバを接着固定時に発生するファイバの回転や位置ずれで接続損失が発生していた。
（解決手段）
本発明の接続装置は、接着固定の工程でＭＣＦの回転量を取得できる機能を備える。具体的には、本発明の接続装置は、側面表面にラインを描画したＭＣＦを使うことで、ＭＣＦの側面からＭＣＦの回転量を把握し、各コアの絶対位置を計算する。
（効果）
本発明の接続装置は、ＭＣＦが回転した状態の側面画像から各コアの絶対位置を把握することができる。このコアの絶対位置に一致するように、接続先のガラス基板に導波路を作製することで、ＭＣＦの回転や位置ずれを解消でき、接続損失を低減できる。
なお、本発明の接続装置は、ＭＣＦ同士の接続や、ＭＣＦ用デバイスの作製や接続に活かすことができる。
１０：マルチコアファイバ（ＭＣＦ）
１２：コア
１５：マーカー
１７：輪郭線のひとつ
２０：ガラス基板又はデバイス
Ｃｅ：中心
Ｌ１～Ｌ４：ライン

Claims (8)

  1. マルチコアファイバのコア位置把握方法であって、
    前記マルチコアファイバの側面に前記マルチコアファイバの端部から長手方向に伸びる所定長のラインを描くこと、
    前記端部における前記マルチコアファイバの断面において、前記マルチコアファイバのマーカーと前記マルチコアファイバの中心を通る直線と、前記ラインと前記マルチコアファイバの中心を通る直線とが成す角度φを測定すること、
    前記端部を含むように前記マルチコアファイバを側方から観察し、前記マルチコアファイバの輪郭線のうち、長手方向の輪郭線のひとつと、前記ラインとの間隔χ’を測定すること、及び
    数Ｃ１で前記マルチコアファイバの回転量χを計算すること
    を特徴とするコア位置把握方法。
    Figure 0007205643000004
     ただし、ａ１は前記マルチコアファイバの半径である。
  2. 複数の前記ラインを描き、前記ライン毎に前記回転量χを計算し、前記ライン毎の前記回転量χを平均化することを特徴とする請求項１に記載のコア位置把握方法。
  3. 前記マルチコアファイバのコアの配置が、
    六方細密配置の場合、前記端部における前記マルチコアファイバの断面から見て、前記ラインを６０°間隔で６本描き、
    正方格子配置の場合、前記端部における前記マルチコアファイバの断面から見て、前記ラインを９０°間隔で４本描き、
    一層の円環配置の場合、前記端部における前記マルチコアファイバの断面から見て、前記ラインを、前記コア数の約数且つ４以上の最小値の数だけ等間隔に描く
    ことを特徴とする請求項１に記載のコア位置把握方法。
  4. マルチコアファイバの端部と接続先のデバイスとを接続する接続方法であって、
    前記請求項１から３のいずれかのコア位置把握方法を行うときに、
    前記角度φを測定することと、前記間隔χ’を測定することの間で、前記マルチコアファイバの前記端部と前記デバイスとを接続することを特徴とする接続方法。
  5. 接続装置であって、
    マルチコアファイバの端部と接続先のデバイスとを接続する接続器と、
    前記端部を含むように前記マルチコアファイバを側方から観察するカメラと、
    前記カメラで観察した画像から、前記マルチコアファイバの輪郭線のうち、長手方向の輪郭線のひとつと、前記マルチコアファイバの側面に描かれた前記マルチコアファイバの前記端部から長手方向に伸びる所定長のラインとの間隔χ’を測定する間隔測定器と、
    数Ｃ１で前記マルチコアファイバの回転量χを計算する演算器と、
    を備えることを特徴とする接続装置。
    Figure 0007205643000005
     ただし、ａ１は前記マルチコアファイバの半径であり、
    角度φは、前記端部における前記マルチコアファイバの断面において、前記マルチコアファイバのマーカーと前記マルチコアファイバの中心を通る直線と、前記ラインと前記マルチコアファイバの中心を通る直線とが成す角度である。
  6. 前記接続器は、前記回転量χに基づいて前記マルチコアファイバを回転させる回転機能を有することを特徴とする請求項５に記載の接続装置。
  7. 前記マルチコアファイバを前記デバイスに接続する前に、前記端部における前記マルチコアファイバの断面を観察し、前記角度φを測定する角度測定器をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の接続装置。
  8. 前記マルチコアファイバの側面に前記ラインを描く描画器をさらに備えることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の接続装置。
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