JP2019159017A - マルチコア光ファイバの調心装置及び当該調心装置のための教師データの生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチコア光ファイバの調心を短い時間で行うための技術を提供する。【解決手段】調心装置は、第１マルチコア光ファイバの第１側面画像を撮像する第１撮像手段と、第２マルチコア光ファイバの第２側面画像を撮像する第２撮像手段と、前記第１側面画像に基づき前記第１マルチコア光ファイバの第１角度を判定し、前記第２側面画像に基づき前記第２マルチコア光ファイバの第２角度を判定する判定手段と、前記第１マルチコア光ファイバを周方向に回転させる第１回転手段と、前記第１角度と前記第２角度とに基づき前記第１回転手段による前記第１マルチコア光ファイバの第１回転量を決定する制御手段と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、２つのマルチコア光ファイバの対応するコアの位置を整合させる様に調整する調心技術に関する。

１本の光ファイバの伝送容量を増やすため、複数のコアを有するマルチコア光ファイバが使用されている。従来のシングルコア光ファイバの融着処理においては、３次元方向、つまり、ＸＹＺ方向の調心を行えば良かった。一方、マルチコア光ファイバの融着処理においては、複数のコアの位置を合わせるために、光ファイバを周方向に回転させる、θ方向の調心（以下、θ調心と呼ぶ。）を行わなければならない。さらに、このとき、一方のマルチコア光ファイバの任意のコアと他方のマルチコア光ファイバの任意のコアの位置を合わせるだけでは足りず、両方のマルチコア光ファイバの同じ番号同士のコアが接続される様に位置を合わせなければならない。なお、マルチコア光ファイバの番号は、マルチコア光ファイバに設けられたマーカにより特定される。

特許文献１は、融着させる２つのマルチコア光ファイバの端面の画像（端面画像）を撮像し、マーカの位置に基づき各コアの番号を特定してθ調心を行う構成を開示している。しかしながら、特許文献１の構成では、融着させる２つのマルチコア光ファイバの端面画像を撮像するための光学系が必要となり構成が複雑となる。

このため、非特許文献１は、２つの光ファイバの側面画像によりθ調心を行う構成を開示している。なお、側面画像とは、光ファイバの長手方向を撮像した画像である。図１は、コア＃１〜＃４の４つのコアを有する光ファイバ５０の端面を示している。光ファイバ５０には、例えば、コアの番号を特定するためのマーカ５１が設けられている。マーカ５１がないと、例えば、コア＃１がカメラ側にあるときに撮像した側面画像と、コア＃２〜＃４がカメラ側にあるときに撮像した側面画像は、ほぼ同じであり、それらを区別することができない。しかしながら、マーカ５１により、コア＃１がカメラ側にあるときに撮像した側面画像は、コア＃２〜＃４がカメラ側にあるときに撮像した側面画像とは異なる様になる。

非特許文献１では、例えば、融着させる一方の光ファイバのマーカ５１がカメラ側に来る様に固定して側面画像を撮像し、これを基準画像とする。そして、他方の光ファイバを回転させながら側面画像を撮像し、基準画像と撮像画像の相関を求め、相関が最大となる位置で他方の光ファイバを固定して融着している。相関が最大となるときは、２つの光ファイバのマーカ５１の位置があっているときであり、よって、このとき、２つの光ファイバの同じコア同士の位置も合っていることになる。

特開２０１５−０４１０７８号公報

Ｋ．Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ．，"Ｓｉｄｅ−ｖｉｅｗ ｂａｓｅｄ ａｎｇｌｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ"，Ｐｒｏｃ．ＯＦＣ２０１６，Ｍ３Ｆ．３,２０１６年

図２は、一方の光ファイバを回転させながら側面画像を撮像した際の、当該一方の光ファイバの回転角度と、当該回転角度で撮像された側面画像と基準画像の相関値との関係を示す図である。なお、光ファイバは、図１に示す４コア光ファイバである。コア数が４であるため、一方の光ファイバを１回転させる間に、４つのピークが生じる。ここで、一番相関が高いのは３番目のピークであるが、図２に示す様に、一般的に、相関のピーク間の差は大きくなく誤接続の原因となり得る。また、１つの融着処理において、一方の光ファイバを１回転させながら側面画像を撮像する必要があり、融着処理の時間がかかる。

本発明は、マルチコア光ファイバの調心を短い時間で行うための技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、調心装置は、第１マルチコア光ファイバの第１側面画像を撮像する第１撮像手段と、第２マルチコア光ファイバの第２側面画像を撮像する第２撮像手段と、前記第１側面画像に基づき前記第１マルチコア光ファイバの第１角度を判定し、前記第２側面画像に基づき前記第２マルチコア光ファイバの第２角度を判定する判定手段と、前記第１マルチコア光ファイバを周方向に回転させる第１回転手段と、前記第１角度と前記第２角度とに基づき前記第１回転手段による前記第１マルチコア光ファイバの第１回転量を決定する制御手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、マルチコア光ファイバの調心を短い時間で行うことができる。

４コア光ファイバの端面を示す図。 非特許文献１に記載の調心装置の説明図。 一実施形態による学習処理時の調心装置の構成図。 一実施形態による調心処理時の調心装置の構成図。 一実施形態による基準角取得処理の説明図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図３及び図４は、本実施形態による調心装置の構成図である。なお、図３は学習処理時の構成図であり、点線の機能ブロックは、学習処理において使用しない機能ブロックを示している。一方、図４は、調心処理時の構成図であり、点線の機能ブロックは、調心処理において使用しない機能ブロックを示している。

まず、図３を用いて学習処理について説明する。端面撮像部３は、マルチコア光ファイバの端面画像を撮像して制御部８に出力する。制御部８は、端面画像のマーカ５１の位置に基づき、現在のマルチコア光ファイバの角度（回転状態）、つまり、マルチコア光ファイバの角度の初期値（初期回転状態）を判定する。なお、基準角度、つまり、角度０は、マーカ５１の位置に基づき予め決められている。例えば、マーカ５１が、端面の下側又は上側にあるときを角度０とし、そこから例えば、時計回り方向に角度が増加する様に、マルチコア光ファイバの角度を定義することができる。

制御部８は、マルチコア光ファイバの角度の初期値を判定すると、マルチコア光ファイバの角度を設定角度θとするための回転量及び方向をθ調心部５に通知する。θ調心部５は、制御部から回転量及び方向が通知されると、通知された回転量及び方向だけマルチコア光ファイバを回転させる。マルチア光ファイバの角度が設定角度θになると、制御部８は、側面撮像部２にマルチコア光ファイバの側面画像を撮像させる。側面撮像部２は、撮像した側面画像の画像データを保存部１に出力する。また、制御部８は、このときの設定角度θを保存部１に通知する。保存部１は、側面撮像部２からの側面画像の画像データを、制御部８から通知される設定角度θに関連付けて保存する。制御部８は、０度から３６０度まで所定の単位ステップで設定角度θを設定して、側面画像の取得を繰り返す。例えば、０．１度を単位とすると、１つ光ファイバについて、３６００個の異なる角度で撮像した側面画像を取得することになる。なお、単位ステップは、コアの位置合わせに必要な精度に基づき決定される。この処理を、複数の光ファイバで繰り返すことで、多数の教師データを取得することができる。なお、教師データにおいて、側面画像の画像データが学習のためのデータであり、当該側面画像が撮像された際のマルチコア光ファイバの角度（回転状態）が正解ラベルである。

機械学習部７は、例えば、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）であり、保存部１に格納されたこの教師データに基づき学習を行う。これにより、機械学習部７は、側面画像の画像データが入力されると、その角度を出力する様になる。以上が学習処理の説明である。

続いて、図４を用いて調心処理について説明する。側面撮像部２は、融着させる２つのマルチコア光ファイバのうち、調心のために回転させる第１マルチコア光ファイバの側面画像を撮像し、側面撮像部６は、もう一方の回転させない第２マルチコア光ファイバの側面画像を撮像する。側面撮像部２及び側面撮像部６は、それぞれ、撮像した側面画像の画像データを機械学習部７に出力する。これにより、機械学習部７は、第１マルチコア光ファイバの角度と第２マルチコア光ファイバの角度とを制御部８に出力する。制御部８は、第１マルチコア光ファイバの角度を第２マルチコア光ファイバの角度に一致させるための回転量及び回転方向を判定してθ調心部５に通知する。具体的には、第１マルチコア光ファイバの角度と第２マルチコア光ファイバの角度との差が回転量となる。θ調心部５は、制御部８から通知された回転方向に、制御部から通知された回転量だけ第１マルチコア光ファイバを回転させる。これにより、第１マルチコア光ファイバと第２マルチコア光ファイバの角度が一致する。その後、ＸＹＺ調心部４は、第１マルチコア光ファイバと第２マルチコア光ファイバの中心が一致する状態で、互いの端面が接する様に調心を行う。この状態において、第１マルチコア光ファイバと第２マルチコア光ファイバを融着させることで、２つのマルチコア光ファイバの融着を正しく行うことができる。

なお、図４の点線で示す機能ブロックは調心処理には必要ではない。したがって、図４の点線で示す機能ブロックを省略して調心装置とすることができる。逆に、図３の点線で示す機能ブロックは学習処理には必要ではない。したがって、図３の点線で示す機能ブロックを省略した装置を教師データの生成装置とすることができる。さらに、図４の総ての機能ブロックを含む調心装置又は図４の点線で示す機能ブロックを除いた調心装置に、調心されたマルチコア光ファイバを融着する融着部を設けて融着装置とすることもできる。

さらに、本実施形態では、第１マルチコア光ファイバのみをθ調心のために回転させ、第２マルチコア光ファイバは固定としていた。しかしながら、両方のマルチコア光ファイバを回転させることもできる。この場合、第２マルチコア光ファイバに対応するθ調心部を設け、制御部８は、２つのマルチコア光ファイバの角度（位相）を一致させるための回転量及び方向を求める。この場合、第１マルチコア光ファイバの回転量と第２マルチコア光ファイバの回転量との和が第１マルチコア光ファイバの角度と第２マルチコア光ファイバの角度との差に等しくなる。

以上、本実施形態では、学習処理においてマルチコア光ファイバの初期角度を判定するために端面画像を撮像するが、調心処理においては、端面画像を撮像する必要はなく、調心装置の構成を簡略化することができる。また、調心処理においては、マルチコア光ファイバそれぞれについて１つの側面画像を撮像すれば良く、調心処理に要する時間を短くすることができる。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、学習処理においてマルチコア光ファイバの初期角度を判定するために端面画像を撮像していた。本実施形態では、マルチコア光ファイバの初期角度を判定するために端面画像を使用しない。

図５は、本実施形態による初期角度判定のための構成図である。マルチコア光ファイバ１２は、例えば、基準角度となる様に固定され、その所定のコア、例えば、コア＃１は、受光部１３に接続されている。一方、マルチコア光ファイバ１１は、θ調心部５により回転される様に構成され、マルチコア光ファイバ１２の受光部１３が接続されているコアと同じ番号のコアには光源１０が接続される。なお、受光部１３は、受光量を制御部８に出力する。制御部８は、θ調心部５によりマルチコア光ファイバ１１を回転させながら受光部１３の受光量を監視する。マルチコア光ファイバ１１が基準角度となると、受光部１３の受光量は最大となるため、制御部８は、受光部１３の受光量に基づきマルチコア光ファイバ１１の角度を判定することができる。なお、側面画像の撮像は、受光部１３の受光量の最大値を検出する前から行うことができる。これは、受光部１３の受光量の最大値を検出したときまでの回転角度から、事後的に、各撮像画像の角度を求めることができるからである。

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第一実施形態及び第二実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、調心処理において第１マルチコア光ファイバ及び第２マルチコア光ファイバそれぞれの側面画像を撮像してそれぞれの角度を判定し、角度が一致する様に第１マルチコア光ファイバを回転させていた。しかしながら、機械学習部７が判定できる角度のステップは、教師データとして用意した角度ステップに依存する。つまり、高精度のθ調心を行うためには、非常に小さい角度ステップで教師データを用意しなければならず、教師データの取得及び学習処理の負荷が増大する。さらに、その様に非常に小さい角度ステップで教師データを用意して学習しても、機械学習部７が出力する角度の精度がそれ程高くならない可能性もある。

したがって、本実施形態では、機械学習部７が出力する第１マルチコア光ファイバ及び第２マルチコア光ファイバそれぞれの角度に基づきθ調心を行った後、側面画像の相関によりθ調心の微調整を行う。具体的には、第一実施形態と同様に、第１マルチコア光ファイバ及び第２マルチコア光ファイバそれぞれの側面画像を撮像して、それぞれの角度を判定し、２つのマルチコア光ファイバの角度が一致する様に第１マルチコア光ファイバを回転させる。ここで、２つのマルチコア光ファイバの角度が一致する様に第１マルチコア光ファイバを回転させた後の第１マルチコア光ファイバの角度を第１角度とする。また、第２マルチコア光ファイバの側面画像の画像データは、基準画像を示す画像データとして制御部８にも出力される。その後、制御部８は、θ調心部５により、第１角度を含む所定範囲で第１マルチコア光ファイバを回転させながら、複数の角度において、側面撮像部２に第１マルチコア光ファイバの側面画像を撮像させる。なお、所定範囲は、予め決められている。制御部８は、側面撮像部２から、それらの側面画像の画像データを取得し、所定範囲内の複数の角度で撮像した側面画像それぞれと基準画像との相関値を求める。そして、制御部８は、相関値が最大となる側面画像を撮像した角度に第１マルチコア光ファイバを設定する。なお、機械学習部７が出力する角度に基づき第１マルチコア光ファイバ及び第２マルチコア光ファイバを回転させる場合には、回転後の第２マルチコア光ファイバの側面画像を基準画像とする。そして、側面画像の相関によるθ調心の微調整においては第２マルチコア光ファイバを回転させず、第１マルチコア光ファイバのみを回転させる。

図２に示す様に、４コア光ファイバでは１回転させる間に４つの相関にピークが生じるが、その最大値の差は小さい。しかしながら、本実施形態では、機械学習部７が出力する角度に基づき、４つの相関のピークのうちの最大のピーク付近に２つのマルチコア光ファイバを調心することができる。したがって、所定範囲の相関に基づきピークとなる角度を判定することで、高い精度で調心を行うことができる。本実施形態では、側面画像の相関を利用するが光ファイバを所定範囲で回転させるのみで良く、一回転させる必要はないため、調心処理に要する時間は、それほど長くならない。また、機械学習部７が出力する角度でのθ調心は、それほど精度の高いものである必要はなく、よって、教師データとして用意する側面画像の角度ステップを大きくでき、教師データの収集及び学習処理の負荷を抑えることができる。

２、６：側面撮像部、７：機械学習部、５：θ調心部、８：制御部

Claims (8)

1. 第１マルチコア光ファイバの第１側面画像を撮像する第１撮像手段と、
   第２マルチコア光ファイバの第２側面画像を撮像する第２撮像手段と、
   前記第１側面画像に基づき前記第１マルチコア光ファイバの第１角度を判定し、前記第２側面画像に基づき前記第２マルチコア光ファイバの第２角度を判定する判定手段と、
   前記第１マルチコア光ファイバを周方向に回転させる第１回転手段と、
   前記第１角度と前記第２角度とに基づき前記第１回転手段による前記第１マルチコア光ファイバの第１回転量を決定する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする調心装置。
2. 前記第１回転量は、前記第１角度と前記第２角度との差に等しいことを特徴とする請求項１に記載の調心装置。
3. 前記制御手段は、前記第１回転手段を制御して前記第１回転量だけ前記第１マルチコア光ファイバを回転させて前記第１マルチコア光ファイバを第３角度とした後、前記第１回転手段及び前記第１撮像手段を制御して、前記第３角度を基準とする所定範囲内の複数の角度において前記第１マルチコア光ファイバの複数の第３側面画像を撮像し、
   前記制御手段は、前記複数の第３側面画像それぞれと、前記第２側面画像との相関を求め、前記相関が最大となる第３側面画像が撮像された角度に前記第１マルチコア光ファイバの角度がなる様に、前記第１回転手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の調心装置。
4. 前記第２マルチコア光ファイバを周方向に回転させる第２回転手段をさらに備えており、
   前記制御手段は、前記第１角度と前記第２角度とに基づき前記第２回転手段による前記第２マルチコア光ファイバの第２回転量を決定し、
   前記第１回転量と前記第２回転量の和は、前記第１角度と前記第２角度との差に等しいことを特徴とする請求項１に記載の調心装置。
5. 前記制御手段は、前記第１回転手段を制御して前記第１回転量だけ前記第１マルチコア光ファイバを回転させて前記第１マルチコア光ファイバを第３角度とし、前記第２回転手段を制御して前記第２回転量だけ前記第２マルチコア光ファイバを回転させて前記第２マルチコア光ファイバを第４角度とした後、前記第１回転手段及び前記第１撮像手段を制御して、前記第３角度を基準とする所定範囲内の複数の角度において前記第１マルチコア光ファイバの複数の第３側面画像を撮像し、前記第２撮像手段を制御して前記第２マルチコア光ファイバの第４側面画像を撮像し、
   前記制御手段は、前記複数の第３側面画像それぞれと、前記第４側面画像との相関を求め、前記相関が最大となる第３側面画像が撮像された角度に前記第１マルチコア光ファイバの角度がなる様に、前記第１回転手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の調心装置。
6. 前記判定手段は、ニューラルネットワークであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の調心装置。
7. マルチコア光ファイバの側面画像に基づき前記マルチコア光ファイバの回転状態を判定する判定手段を有し、前記判定手段の判定結果に基づき前記マルチコア光ファイバの調心を行う調心装置の前記判定手段のための教師データを生成する生成装置であって、
   マルチコア光ファイバの端面画像を撮像する第１撮像手段と、
   前記端面画像に基づき前記マルチコア光ファイバの初期回転状態を判定する判定手段と、
   前記マルチコア光ファイバを周方向に回転させる回転手段と、
   前記回転手段が前記マルチコア光ファイバを１回転させる間、前記マルチコア光ファイバの複数の側面画像を撮像する第２撮像手段と、
   前記複数の側面画像それぞれが撮像された際の前記回転手段による前記マルチコア光ファイバの回転量と前記初期回転状態とに基づき、前記複数の側面画像それぞれが撮像された際の前記マルチコア光ファイバの回転状態を判定することで、前記複数の側面画像それぞれについて、側面画像の画像データと当該側面画像が撮像された際の前記マルチコア光ファイバの回転状態とを示す状態データとを含む教師データを生成する生成手段と、
   を備えていることを特徴とする生成装置。
8. マルチコア光ファイバの側面画像に基づき前記マルチコア光ファイバの回転状態を判定する判定手段を有し、前記判定手段の判定結果に基づき前記マルチコア光ファイバの調心を行う調心装置の前記判定手段のための教師データを生成する生成装置であって、
   第１マルチコア光ファイバと、
   前記第１マルチコア光ファイバの所定のコアに接続され、前記第１マルチコア光ファイバの前記所定のコアから出力される光を受光して受光結果を出力する受光手段と、
   前記第１マルチコア光ファイバの端面とその端面が接する第２マルチコア光ファイバと、
   前記第２マルチコア光ファイバの前記所定のコアに接続され、前記第２マルチコア光ファイバの前記所定のコアに光を出力する光源と、
   前記第２マルチコア光ファイバを周方向に回転させる回転手段と、
   前記回転手段が前記第２マルチコア光ファイバを１回転させる間、前記第２マルチコア光ファイバの複数の側面画像を撮像する撮像手段と、
   前記複数の側面画像それぞれが撮像された際の前記回転手段による前記第２マルチコア光ファイバの回転量と、前記受光手段の受光結果とに基づき、前記複数の側面画像それぞれが撮像された際の前記第２マルチコア光ファイバの回転状態を判定することで、前記複数の側面画像それぞれについて、側面画像の画像データと当該側面画像が撮像された際の前記第２マルチコア光ファイバの回転状態とを示す状態データとを含む教師データを生成する生成手段と、
   を備えていることを特徴とする生成装置。

Images