特開 2022-143832 光ファイバ接続システム、光ファイバ接続制御装置及び光ファイバ接続方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022143832

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】光ファイバ接続システム、光ファイバ接続制御装置及び光ファイバ接続方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/30 20060101AFI20220926BHJP

【ＦＩ】

G02B6/30

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021044557

(22)【出願日】2021-03-18

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】591230295

【氏名又は名称】ＮＴＴエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】日比野 善典

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 幹寛

(72)【発明者】

【氏名】張 祺

(72)【発明者】

【氏名】石井 元速

(72)【発明者】

【氏名】山田 智之

【テーマコード（参考）】

2H137

【Ｆターム（参考）】

2H137AB09

2H137BA15

2H137BA31

2H137CA12A

2H137CB02

2H137CB05

2H137CB06

2H137CB18

2H137CB22

2H137CB23

2H137CB24

2H137CC03

2H137CC31

2H137GA01

(57)【要約】

【課題】ファイバ部品と光学部品との接続について、より多くの工程を自動化することによって調芯に係る作業をいっそう効率化することができる光ファイバ接続システムを提供する。
【解決手段】光の入力または出力が可能な導波路チップ３に光ファイバ２５を接続する光ファイバ接続システム１を、複数の光ファイバを有するファイバ部品２が保持されるトレー２６と、トレー２６に保持された光ファイバ２５の一部であるファイバアレイ２１を導波路チップ３または光入力ファイバ９１若しくは光出力ファイバ９２に向かって移動させるロボット８のアーム部８１と、アーム部８１によりファイバアレイ２１が移動中の光ファイバ２５の形状を撮像するカメラ４１、４２と、カメラ４１、４２により撮像された撮像画像に基づいて、アーム部８１によるファイバアレイ２１の移動を制御する移動制御部５０と、により構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光の入力または出力が可能な光学部品に光ファイバを接続する光ファイバ接続システムであって、
複数の前記光ファイバを有するファイバ部品が保持される部品保持部材と、
前記部品保持部材に保持された前記光ファイバの一部を前記光学部品に向かって移動させるファイバ移動部と、
前記ファイバ移動部により前記一部が移動中の前記光ファイバの形状を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、前記ファイバ移動部による前記一部の移動を制御する移動制御部と、を含む、光ファイバ接続システム。

【請求項2】

前記移動制御部は、前記撮像画像における前記光ファイバの曲がり状態に応じて前記ファイバ移動部の移動の経路を決定する、請求項１に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項3】

前記移動制御部は、前記光ファイバの曲げ半径が、予め定められた閾値よりも小さくなっているか否かを判断し、前記光ファイバの曲げ半径が前記閾値よりも小さくなっていると判断した場合に前記光ファイバの曲げ半径が大きくなるように前記ファイバ移動部の移動経路を決定する、請求項２に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項4】

前記ファイバ移動部は、前記光ファイバの端部を束ねて形成されるファイバアレイを前記光学部品としての導波路チップに向けて移動させ、前記ファイバアレイと反対側の端部を前記光学部品としての光入力ファイバまたは光出力ファイバに向けて移動させる、請求項１から３のいずれか一項に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項5】

前記部品保持部材は、前記ファイバ部品が載置される板状部材と、前記板状部材にあって前記光ファイバが巻き回される巻き芯と、を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項6】

前記部品保持部材は、前記ファイバアレイ、または前記光ファイバの前記端部と異なる他方の端部を保持する凹部を備える、請求項４に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項7】

複数の光ファイバを有するファイバ部品が保持される部品保持部材と、前記部品保持部材に保持された前記光ファイバの一部を光の入力または出力が可能な光学部品に向かって移動させるファイバ移動部と、前記ファイバ移動部により前記一部が移動中の前記光ファイバの形状を撮像する撮像部と、備える光ファイバ接続システムを制御する光ファイバ接続制御装置であって、
前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、前記ファイバ移動部による前記一部の移動を制御する移動制御部を含む、光ファイバ接続制御装置。

【請求項8】

光の入力または出力が可能な光学部品に光ファイバを接続する光ファイバ接続方法であって、
部品保持部材に保持された前記光ファイバの一部を前記光学部品に向かって移動させる工程と、
前記一部が移動中の前記光ファイバの形状を撮像する工程と、
撮像された撮像画像に基づいて、前記光ファイバの前記一部の移動を制御する工程と、を含む、光ファイバ接続方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバを他の光学部品と接続する、光ファイバ接続システム、光ファイバ接続制御装置及び光ファイバ接続方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光デバイスの製造においては、光ファイバと導波路チップとを接続することが必要となる。光ファイバと導波路チップとの接続の際には、光ファイバと導波路チップとの調芯（位置合わせ）が行われる。調芯の作業に係る時間を短縮することを目的とした発明は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の光導波路・光ファイバ接続方法では、予め設定された光ファイバ・アレイ・ブロックのポートと、予め設定された平面光導波路のコアとの配列位置の誤差から各ポートの光損失を理論計算し、調芯に最適なポートを複数設定する。そして、ピークサーチを実行して設定された各ポートの光損失を実際に測定し、実測値と計算値とが一致するか否かを判断する。

【0003】

なお、特許文献１に記載のピークサーチとは、光源を備えるチャネルセレクタに光ファイバの光ファイバ・アレイ・ブロックの側と異なる他端を接続し、光ファイバの出力をモニタしながら光ファイバの位置を微動して最大出力位置を探索する動作をいう。特許文献１に記載の構成によれば、調芯の作業のうち、調芯開始ポートの決定と、計測用ポートの切り替えとを自動的に行うことができるようになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７－２４８４２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の構成は、実装装置上の調芯作業の時間を短縮するために予め計算機上の処理を必要とし、このために光ファイバ・アレイ・ブロックのポート位置や平面光導波路のコアの位置を計算機に入力する作業が必要となる。また、特許文献１に記載の構成は、各ポートの出力値が妥当でないと判断した場合、光ファイバ・アレイ・ブロックの併進座標及び回転座標を微動させて上記の理論計算を行うため、計算機上での処理に比較的長い時間を要する。さらに、特許文献１に記載の構成は、チャネルセレクタを使って調芯作業に使用される調芯ポートの切り替えを自動化するため、調芯から光ファイバと導波路チップとの接続に至る、実装全体に係る処理の時間を十分短縮するには改善の余地がある。

【0006】

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ファイバ部品と光学部品との接続について、より多くの工程を自動化することによって調芯に係る作業をいっそう効率化することができる光ファイバ接続システム、光ファイバ接続制御装置及び光ファイバ接続方法に係る。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために本発明の光ファイバ接続システムは、光の入力または出力が可能な光学部品に光ファイバを接続する光ファイバ接続システムであって、前記光ファイバを有するファイバ部品が保持される部品保持部材と、前記部品保持部材に保持された複数の前記光ファイバの一部を前記光学部品に向かって移動させるファイバ移動部と、前記ファイバ移動部により前記一部が移動中の前記光ファイバの形状を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、前記ファイバ移動部による前記一部の移動を制御する移動制御部と、を含む。

【0008】

本発明の光ファイバ接続制御装置は、複数の光ファイバを有するファイバ部品が保持される部品保持部材と、前記部品保持部材に保持された前記光ファイバの一部を光の入力または出力が可能な光学部品に向かって移動させるファイバ移動部と、前記ファイバ移動部により前記一部が移動中の前記光ファイバの形状を撮像する撮像部と、備える光ファイバ接続システムを制御する光ファイバ接続制御装置であって、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、前記ファイバ移動部による前記一部の移動を制御する移動制御部を含む。

【0009】

本発明の光ファイバ接続方法は、光の入力または出力が可能な光学部品に光ファイバを接続する光ファイバ接続方法であって、部品保持部材に保持された前記光ファイバの一部を前記光学部品に向かって移動させる工程と、前記一部が移動中の前記光ファイバの形状を撮像する工程と、撮像された撮像画像に基づいて、前記光ファイバの前記一部による前記一部の移動を制御する工程と、を含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ファイバ部品と光学部品との接続について、より多くの工程を自動化することによって調芯に係る作業をいっそう効率化することができる光ファイバ接続システム、光ファイバ接続制御装置及び光ファイバ接続方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態の光ファイバ接続システムを説明するための模式的な斜視図である。

【図2】図１に示すトレーユニットを説明するための上面図である。

【図3】図２に示すトレーユニットからファイバ部品を除いた状態を示す図である。

【図4】図１に示すコントローラの移動制御部を説明する模式的なブロック図である。

【図5】図１に示す光ファイバ接続システムにおいて行われる光ファイバ接続方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明に使用する図面は、本実施形態の技術思想、構成、動作等を説明することを目的にする模式的なものであり、図面に示す構成の寸法形状や縦、横、幅及び厚さの比は、本実施形態の構成を限定することがない。

【0013】

[概要]
本実施形態の説明に先立って、本実施形態の概要を説明する。本実施形態は、複数の光ファイバを有するファイバ部品と、ファイバ部品との間で光の入出力が可能な光学部品とを接続して光デバイスを形成することに適用される。ここで、光ファイバは、光信号の伝送に使用される線状の伝送路をいい、コアと呼ばれる中心部分を、このコアよりも屈折率の低いクラッドで覆うように構成されたものを指す。光学部品としては、例えば、光導波路型や光ファイバ型が挙げられる。光導波路型は同じくコアと呼ばれる中心部分を、このコアよりも屈折率の低いクラッドで覆うように構成されたもので、本実施形態では板状のものを指すものとする。また、本実施形態では、光導波路と共に電気素子や光路を分岐または結合する構成を１チップ化したものを光導波路チップとも記す。

【0014】

複数の光ファイバは、少なくとも一方の端部を含む部分が束ねられて光学部品と接続される。光ファイバの束ねられた端部は、光学部品とのインターフェースとなるファイバアレイ（ＦＡ : Fiber Array）を構成する。また、光ファイバの接続にあっては、接続に先立って調芯が行われる。調芯をアクティブ調芯で行う場合、光ファイバに光を入出力する他のファイバと調芯の対象となる光ファイバとを接続する必要がある。

【0015】

ところで、光ファイバには、許容される曲げの程度が定められている。曲げの程度は、例えば、曲率半径で表される「最小曲げ半径」により表される。曲げ半径は、線状部材の曲がっている部分に沿う円弧の半径により表され、値が小さいほど曲がりが大きい、つまり急峻な曲げを表している。一般的な光ファイバの最小曲げ半径は３０ｍｍであり、最小曲げ半径以下の曲率半径に光ファイバを折り曲げて使用すると、光ファイバからなる光ファイバケーブル内の光信号の屈折が大きくなってクラッドから漏れる虞がある。また、使用中以外でも光ファイバケーブルを最小曲げ半径以下に折り曲げると、微小亀裂が生じて最終的に光ファイバが破損することになる。このため、光ファイバを光学部品や他のファイバに接続する工程では光ファイバのハンドリングが複雑になり、この点が光ファイバと光学部品とを接続する工程の自動化を困難にしていた。

【0016】

本実施形態は、ファイバ部品を光学部品と接続する工程において、光ファイバの曲がりを画像観察し、光ファイバが最小曲げ半径以下に折れ曲がる、あるいはその可能性を検出する。そして、本実施形態は、光ファイバの最小曲げ半径以下の曲がりを解消、または回避するように、光学部品に向かう光ファイバの移動経路を制御する。

【0017】

[光ファイバ接続システム]
図１は、本実施形態の光ファイバ接続システム１を説明するための模式的な斜視図である。本実施形態においては、図１に示す座標系のｚ軸の値が相対的に小さい側が「下」として空間の上下を定めている。図１に示す光ファイバ接続システムは、ファイバ部品２と導波路チップ３とを接続するシステムであり、接続と、接続のために行われるファイバ部品２と導波路チップ３との調芯とを一連の処理として自動的に行う。なお、ファイバ部品２は、導波路チップ３の両側にそれぞれ一つずつ接続される。図１は、光ファイバ接続システム１のうち、導波路チップ３の片側にファイバ部品２を接続する部分を示している。すなわち、光ファイバ接続システム１は、導波路チップ３の他方の側にファイバ部品を接続するため、図１に示した構成と同様の構成をさらに含んでいる。このような構成において、他方の側におけるファイバ部品の接続は、図１に示す構成において行われるファイバ部品２の接続と同様な手順及び動作により行われる。

【0018】

本実施形態の光ファイバ接続システム１は、二つのローダ１１、１２及びコレクタ１３を含み、ローダ１１は、トレーユニット１０を複数収容するための複数の棚１１１を備えている。トレーユニット１０は、トレー２６が複数の光ファイバを有するファイバ部品２を保持して構成される。ローダ１２は、導波路チップ３を複数収容するための複数の棚１２１を備えている。コレクタ１３は、ファイバアレイ２１を介して接続されたファイバ部品２と導波路チップ３とにより構成されるサブアッシー２０を収容する。

【0019】

また、ローダ１１の棚１１１が開放されている側（以下、「開放側」）にはトレーユニット１０を搬出するためのユニットコンベヤ６１が設置されている。コレクタ１３の棚１３１の開放側にはサブアッシー２０をコレクタ１３に向かって搬送するアッシーコンベヤ６２が設置されている。ユニットコンベヤ６１は、矢線Ｆ１が示す方向に回転し、トレーユニット１０を矢線Ｆ１が示す方向に搬送する。アッシーコンベヤ６２は、矢線Ｆ２が示す方向に回転し、サブアッシー２０を矢線Ｆ２が示す方向に搬送する。

【0020】

ローダ１２の開放側には、導波路チップ３を固定するためのステージ７１が設置されている。導波路チップ３のローダ１２からステージ７１への移動は、例えば、ロボット８のアーム部８１によって行うものであってもよい。ステージ７１は、後述するように、調芯時に駆動することによってファイバ部品２に対する導波路チップ３の位置をわずかずつ変化させる。このため、光ファイバ接続システム１は、図示しないステージ駆動ドライバを含んでいる。さらに、ステージ７１は、導波路チップ３が置かれたときに導波路チップ３を吸引（チャック）して固定してもよい。

【0021】

ファイバ部品２と導波路チップ３との接続は、図１中に示す接続エリアＡにおいて行われる。本実施形態の接続エリアＡは、ユニットコンベヤ６１の一部とステージ７１とを含む領域である。さらに、光ファイバ接続システム１は、トレー２６に保持された複数の光ファイバ２５の一部を光の入力または出力が可能な光学部品に向かって移動させるアーム部８１を有している。本実施形態は、ロボット８がアーム部８１を有し、アーム部８１が光ファイバ２５の端部を結束するファイバアレイ２１を保持して導波路チップ３に向かって移動させる。また、本実施形態は、ファイバアレイ２１がアーム部８１に保持された状態の光ファイバ２５の形状を撮像するカメラ４１、４２と、カメラ４１、４２により撮像された撮像画像に基づいて、ロボット８によるアーム部８１によるファイバアレイ２１の移動を制御するコントローラ５と、を含んでいる。カメラ４１、４２は接続エリアＡまたは接続エリアＡの少なくとも一部を撮像可能な領域に設けられる。

【0022】

光ファイバ接続システム１は、複数（二つ）のカメラ４１、４２を備えている。カメラ４１は、ユニットコンベヤ６１とステージ７１とに渡って設置された基台７５の天板７３の裏面に固定され、トレーユニット１０に保持されているファイバ部品２の上面を撮像する。カメラ４２は、カメラ４１よりも下方に設けられ、光ファイバ等を側方から撮像する。このような構成により、光ファイバ接続システム１は、光ファイバ等を複数の異なる方向から撮像することが可能になる。このようなカメラ４１、４２としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを用いることができる。

【0023】

コントローラ５は、複数の異なる方向から撮像された撮像画像から情報を取得し、光ファイバ等の複数の方向の曲がりの程度を検出することが可能になる。また、コントローラ５は、ＡＩ（Artificial Intelligence）技術を用いることにより、例えば、カメラ４１、４２の設置位置の間にある位置から見た光ファイバ等の形状を推測して曲がりの程度を判定するようにしてもよい。このようなコントローラ５は、上記処理に特化した専用の装置であってもよいし、上記処理を行うためのプログラムを実行する汎用のコンピュータ装置であってもよい。さらに、コントローラ５は、ファイバ部品２及び導波路チップ３の搬送から調芯、さらには接続の一連の処理を統括的に制御してもよい。

【0024】

さらに、光ファイバ接続システム１は、ファイバ部品２と導波路チップ３との間に接着剤を供給する図示しないシリンジを備えている。本実施形態では接着剤に紫外線硬化型の接着剤を用い、接着剤を硬化させるために紫外線を照射するＵＶ（Ultra Violet）照射部７２が接着剤供給用のシリンジに近接して配置されている。

【0025】

また、光ファイバ接続システム１は、接続エリアＡに設置されるパッチパネル９を含んでいる。パッチパネル９は、光ファイバのファイバアレイと反対側の端部に設けられたコネクタ２４（図２）と、光学部品としての光入力ファイバ９１または光出力ファイバ９２との接続を補助する。コネクタ２４（図２）と光入力ファイバ９１または光出力ファイバ９２との接続は、ファイバ部品２と導波路チップ３との接続に先立って行われる調芯において行われる。コネクタ２４（図２）と、光入力ファイバ９１、光出力ファイバ９２とを接続する際、コネクタ２４の光入力ファイバ９１、光出力ファイバ９２への移動は、アーム部８１によって行われる。

【0026】

上記の光ファイバ接続システム１においては、トレー２６が部品保持部材、ロボット８のアーム部８１がファイバ移動部、導波路チップ３及び光入力ファイバ９１、光出力ファイバ９２が光学部品、カメラ４１、４２が撮像部、移動制御部５０が移動制御部（図４）としてそれぞれ機能する。また、ファイバアレイ２１は、アーム部８１により移動される光ファイバ２５の一部を構成する。

【0027】

図２は、トレー２６に保持されたファイバ部品２により構成されるトレーユニット１０を説明するための上面図である。図２に示すように、ファイバ部品２に用いられる複数の光ファイバ２５は、一部で結束されてテープファイバ部２２を構成する。テープファイバ部２２は、樹脂等で被覆された光ファイバ２５を複数平行に配列し、さらに樹脂等で被覆して形成される。テープファイバ部２２は光ファイバ２５の一部であるから、本実施形態の説明においては、光ファイバ２５の分岐部分とテープファイバ部２２の結束部分とを合わせた全体を光ファイバ２５とも記す。

【0028】

光ファイバ２５の一方の端部はファイバアレイ２１により結束されていて、他方はファンアウト部２３により分離される。分離された側の光ファイバ２５の端部にはそれぞれコネクタ２４が取り付けられる。なお、図示を略しているが、テープファイバ部２２は、４０本から９０本の光ファイバ２５により構成される。

【0029】

また、図２に示すように、トレー２６は、ファイバ部品２が載置される板状部材２６１と、板状部材２６１上にあって、光ファイバ２５のテープファイバ部２２が巻き回される巻き芯２７１、２７２と、を備えている。巻き芯２７１、２７２は、テープファイバ部２２の二点において、それぞれテープファイバ部２２を保持することができる。テープファイバ部２２の二点に加わる力は、それぞれトレー２６の外側に向かい、かつ反対方向に作用する。このような構成によれば、テープファイバ部２２がトレー２６上で絡まることを防ぐことができる。また、このような構成は、巻き芯２７１、２７２の径を光ファイバ２５の最小曲げ半径よりも充分大きくすることにより、光ファイバ２５がトレー２６上で最小曲げ半径以下に曲がることを防ぐことができる。

【0030】

ロボット８のアーム部８１は、光ファイバ２５のファイバアレイ２１を光学部品としての導波路チップ３に向けて移動させる。すなわち、アーム部８１は、トレー２６上のファイバアレイ２１をチャッキングすることにより保持し、導波路チップ３に向かい、例えば矢線Ｍで示す方向に移動させる。このとき、巻き芯２７１に巻き回されているテープファイバ部２２は、ファイバアレイ２１の移動に合わせて容易に移動される。ファイバアレイ２１の移動に連れて移動する光ファイバ２５が絡まる、あるいは折れ曲がることを防ぐため、トレーユニット１０と、ファイバアレイ２１と導波路チップ３との接続位置との距離は極力短いことが好ましい。

【0031】

また、本実施形態は、アーム部８１に不図示の荷重センサを設け、光ファイバ２５にかかる荷重をモニタするようにしてもよい。このような構成によれば、光ファイバ２５に過度の荷重がかかることを防ぎ、光ファイバ２５をより確実に保護することができる。

【0032】

また、ロボット８のアーム部８１は、ファイバアレイ２１と反対側の端部を光学部品としての光入力ファイバ９１または光出力ファイバ９２に向けて移動させる。すなわち、アーム部８１は、トレー２６上の光ファイバ２５のコネクタ２４の部分をトレー２６から取り出し（ピックアップ）、保持しながら移動させる。アーム部８１は、パッチパネル９に形成されている不図示のポートにコネクタ２４を差し込むことによって光ファイバ２５を光入力ファイバ９１、光出力ファイバ９２と接続する。光入力ファイバ９１は、不図示の光源が発した光を光ファイバ２５に伝送するための光ファイバである。光源としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子やレーザーダイオード等が用いられる。

【0033】

光出力ファイバ９２は、不図示のパワーメータに接続され、接続された光ファイバ２５から出力される光をパワーメータに伝送する。光出力ファイバ９２は、導波路チップ３の他方の側に接続される不図示の他のファイバ部品の調芯に使用することができる。すなわち、導波路チップ３の他方の側に先に他のファイバ部品が接続されている場合、他のファイバ部品に接続される光入力ファイバから光が入力される。光は、他のファイバ部品のファイバアレイを通って導波路チップ３に伝送され、図２に示すファイバ部品２のファイバアレイ２１から光ファイバ２５に伝送され、コネクタ２４に接続された光出力ファイバ９２から出力される。このため、光出力ファイバ９２は、導波路チップ３の他方に接続された他のファイバ部品の調芯に使用することができる。

【0034】

上記のアーム部８１によるファイバアレイ２１のチャッキング、またはコネクタ２４のピックアップは、カメラ４１、４２によりファイバアレイ２１またはコネクタ２４を撮像しながら行われる。このような処理は、例えば、撮像画像上で設定される座標とトレー２６上の実際の位置の座標とを対応付けておき、撮像画像からファイバアレイ２１またはコネクタ２４の位置を判定することによって実現できる。ロボット８をコントローラ５が制御する場合、コントローラ５は、判定によって得られたファイバアレイ２１またはコネクタ２４の位置にアーム部８１が移動するようにロボットドライバ８５（図４）に制御信号を送信する。そして、アーム部８１の位置に合わせてアーム部８１の例えばチャック爪を駆動させ、ファイバアレイ２１やコネクタ２４を保持するようにロボット８を制御する。

【0035】

図３は、トレー２６を説明するための図であって、図２に示すトレーユニット１０からファイバ部品２を除いた状態を示す上面図である。上記の動作において、ロボット８がファイバアレイ２１をトレー２６から取り出し易くするため、トレー２６は、ファイバアレイ２１を保持する凹部２１１を備えている。凹部２１１は、底面２１２と、底面２１２の三方に形成された壁面２１３とにより形成される。本実施形態では、壁面２１３を斜面とし、凹部２１１の仮想的な上面を底面２１２より大きくしている。このような構成は、作業者がファイバアレイ２１を凹部２１１に合わせてセットし易くし、しかも、より小さい領域の底面２１２にファイバアレイ２１を正確に位置決めすることができる。さらに、ファイバアレイ２１の一部は、凹部２１１に入り、半固定される。このような構成は、トレーユニット１０の搬送中のファイバ部品２の位置ずれを防ぐことができる。

【0036】

また、トレー２６は、光ファイバ２５のファイバアレイ２１によって結束される一方の端部と異なる他方の端部を保持する凹部２５１を備えている。なお、本実施形態では、光ファイバ２５のファイバアレイ２１の側と異なる端部にはコネクタ２４が接続されていて、凹部２５１は、複数の光ファイバ２５及びコネクタ２４を置くことに適した形状を有している。凹部２５１は、底面２５２と、底面２５２の三方に形成された壁面２５３とにより形成される。また、本実施形態では、凹部２５１においても壁面２５３を斜面とし、凹部２５１の仮想的な上面を底面２５２より大きくしている。このような構成は、作業者が光ファイバ２５及びコネクタ２４を凹部２５１に合わせてセットし易く、また、より小さい領域の底面２５２に光ファイバ２５及びコネクタ２４を正確に位置決めすることができる。さらに、光ファイバ２５及びコネクタ２４の一部は、凹部２５１に入って半固定される。このような凹部２５１は、上記した凹部２１１と共に、トレーユニット１０の搬送中のファイバ部品２の位置ずれを防ぐことに有効である。

【0037】

また、本実施形態では、光ファイバ２５に接続するファンアウト部２３を位置決めするための凹部２３１をトレー２６に設けている。凹部２３１は、底面２３２及び壁面２３３により形成される。凹部２３１を設けることにより、本実施形態は、コネクタ２４、光ファイバ２５及びファンアウト部２３を一体的に保持し、トレーユニット１０の搬送中のファイバ部品２の位置ずれを効果的に防ぐことができる。

【0038】

以上説明したように、トレー２６上でファイバアレイ２１やコネクタ２４を位置決めし、位置のばらつきを抑えることは、ファイバ部品２の取り付けを容易にする他、撮像画像からファイバアレイ２１やコネクタ２４の位置を特定する処理を簡易化することが可能になる。つまり、コントローラ５は、撮像画像を構成する画素を画像処理し、エッジや色彩等を判別してファイバアレイ２１、あるいはコネクタ２４の位置を特定する。このような処理において、ファイバアレイ２１やコネクタ２４の位置のばらつきを小さくすることは、撮像画像の処理範囲を制限して処理量を少なくし、処理に係る時間を短縮することができる。

【0039】

また、本実施形態では、複数のコネクタ２４のうち、導波路チップ３との調芯に使用されるコネクタ（調芯用コネクタ）が予め決められている。本実施形態は、撮像画像から調芯用コネクタを容易に特定できるように、調芯用コネクタが置かれる位置にマーク２４１、２４２を付している。また、本実施形態は、マーク２４１、２４２に代えて、調芯用コネクタのキャップを外し、調芯用コネクタに対応する位置に置くようにしてもよい。

【0040】

さらに、本実施形態の部品保持部材は、トレー２６の構成に限定されない。例えば、ファイバアレイ２１を接続位置まで移動させる際に光ファイバ２５に「遊び」を持たせるため、トレー２６は、ファイバアレイ２１の移動中に縮小する機構を備えるものであってもよい。このような機構としては、例えば、板状部材２６１のうちのファイバアレイ２１がセットされている領域を他の部分にスライドして収容可能にし、アーム部８１によるチャッキングの後、この部分をスライドさせて他の部分に重ねることが考えられる。

【0041】

[光ファイバ接続制御装置]
図４は、コントローラ５の移動制御部５０を説明する模式的なブロック図である。移動制御部５０は、撮像画像における光ファイバの曲がり状態に応じてアーム部８１の移動の経路を決定する。このような制御を行うため、移動制御部５０は、画像処理部５１、曲がり判定部５２、移動経路決定部５３及びロボット制御部５４を有している。なお、以上の構成は、いずれもコントローラ５で実行されるプログラムと、プログラムの実行に使用されるコントローラ５のＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等のハードウェアとが協働することにより実現される。

【0042】

画像処理部５１は、カメラ４１、４２から撮像画像を示すデジタルデータである撮像画像データを入力する。そして、撮像画像データに対し、必要に応じてコントラスト補正や色補正等の前処理を行う。このような前処理は、例えば、ヒストグラム変換や二値化処理によって行われる。また、画像処理部５１は、補正後の撮像画像データに対し、ノイズ除去やエッジ強調等の加工処理をする。このような処理は、例えば、フィルタ処理やアフィン変換等によって行われる。次に、画像処理部５１は、加工後の撮像画像データから画像特徴を抽出し、画像認識によりファイバアレイ２１等の移動対象物を特定する。移動対象物の特定処理は、例えば、パターン認識、差分画像演算、テンプレートマッチング等によって行われる。ファイバアレイ２１やコネクタ２４を移動させる場合、移動制御部５０は、ロボット８のアーム部８１を含む構成を駆動するロボットドライバ８５にファイバアレイ２１やコネクタ２４の位置を指示する制御信号Ｓ１を出力する。

【0043】

また、画像処理部５１は、パターン認識の処理等により光ファイバ２５の形状を特定する。曲がり判定部５２は、光ファイバ２５が予め定められた閾値よりも大きく曲がるか否かを判断する。本実施形態では、この閾値を光ファイバの最小曲げ半径とする。大きく曲がるか否かの判断は、光ファイバ２５の形状を、例えば、予め設定されている最小曲げ半径以下の部分円等のパターン画像と比較し、光ファイバ２５に最小曲げ半径以下に曲がった部分があるか否か判定することによって行われる。このような処理は、例えば、パターン認識、差分画像演算、テンプレートマッチング等によって行われる。

【0044】

さらに、上記判定は、例えば、光ファイバ２５の曲がりが許容される閾値を最小曲げ半径に対して余裕を持って設定することにより、光ファイバ２５が最小曲げ半径以下に曲がる以前に閾値以下の曲げを解消することができる。このようにすると、本実施形態は、光ファイバ２５に最小曲げ半径以下の曲がりが発生することを予測し、曲がりの発生を未然に防ぐことができる。

【0045】

また、上記処理において、曲がり判定部５２は、例えば、カメラ４１から入力された撮像画像データと、カメラ４２から入力された撮像画像データとを使ってＡＩ技術等により三次元画像のデータを生成するようにしてもよい。このようにすれば、本実施形態は、光ファイバ２５の曲がりの程度を二つ以上の方向について判定することができる。なお、曲がりの程度の指標は、曲率半径に限定されず、曲率を使用してもよい。このような処理によれば、光ファイバ接続システム１が備えるカメラの数を制限しながら光ファイバ２５の曲がりを高い精度で判定することができる。なお、本実施形態は、カメラ４１、４２から入力された撮像画像データを使って三次元の画像を生成する構成に限定されず、さらに多数のカメラを備えてもよいし、一つのカメラが位置を変更しながら複数の方向から光ファイバ２５を撮像してもよい。また、本実施形態は、カメラ４１、４２から入力された撮像画像データを個々に処理してもよい。

【0046】

曲がり判定部５２が光ファイバ２５に最小曲げ半径以下の曲がりが発生していると判定すると、移動経路決定部５３は、光ファイバ２５の曲がりが小さくなるように（最小曲げ半径が大きくなるように）以降のアーム部８１の移動経路を決定する。移動経路の決定は、光ファイバ２５の最小曲げ半径以下の曲がりが解消するように行われるが、このような移動経路は、例えば、最小曲げ半径以下の曲がりの発生を判定すると、移動経路決定部５３が、最小曲げ半径以下の曲がりが解消する位置までファイバアレイ２１を戻すように移動経路を決定してもよい。このとき、本実施形態は、ステージ７１の不図示の制御部が、ステージ７１をファイバアレイ２１に近づけるように制御してもよい。最終調心はファイバアレイ２１で行われるが、移動経路決定部５３は、ステージ７１の不図示の制御部と連携しながらファイバアレイ２１の曲がりが最小曲げ半径以下にならないように制御するようにしてもよい。

【0047】

また、本実施形態は、例えば、併せてアーム部８１の移動距離を条件にして移動経路を決定するようにしてもよい。アーム部８１の移動距離を移動経路決定の条件に含める場合、移動経路決定部５３は、例えば、最小曲げ半径以下の曲がりが解消する位置のうち、現在の位置から最小の移動距離でアーム部８１が移動可能な位置を次の移動位置とする。そして、現在の位置から次の移動位置までの経路を移動経路に決定してもよい。このとき、移動距離は、例えば、アーム部８１がｘ，ｙ，ｚの各方向に移動する距離を足し合わせたものであってもよいし、ｘ，ｙ，ｚの各方向の合成ベクトルの長さであってもよい。

【0048】

また、曲がり判定部５２は、決定した移動位置に移動した後、引き続き光ファイバ２５に最小曲げ半径以下の曲がりが発生しているか否かを判定する。最小曲げ半径以下の曲がりが発生していないと判定された場合、移動経路決定部５３は、導波路チップ３の接続位置にファイバアレイ２１を移動させる移動経路のうち、例えば、アーム部８１の移動距離が最短になる経路をアーム部８１の移動経路に決定する。

【0049】

ロボット制御部５４は、移動経路決定部５３により決定された移動経路を制御信号Ｓ２に変換し、ロボットドライバ８５に出力する。ロボットドライバ８５は、制御信号Ｓ２にしたがってロボット８の駆動軸を駆動する。なお、このようなロボット８としては、例えば、駆動軸が６軸のアーム部８１を備えるものが好ましい。

【0050】

以上説明したように、本実施形態は、アーム部８１を移動させながら、並行して光ファイバ２５の曲率半径を判定する。そして、光ファイバ２５の曲率半径が最小曲げ半径以下になったことが検出されると、検出位置の次の移動位置として、例えば光ファイバ２５の最小曲げ半径以下の曲がりが解消し、かつアーム部８１の移動距離が最小になる位置をアーム部８１の次の移動位置に決定する。このような構成により、本実施形態は、導波路チップ３との接続位置にファイバアレイ２１を最短の移動距離で移動させながら、光ファイバ２５に最小曲げ半径以下の曲がりが発生する度に移動経路を変更し、光ファイバ２５の最小曲げ半径以下の曲がりを解消することができる。

【0051】

ファイバアレイ２１が導波路チップ３との接続位置に達すると、ファイバ部品２と導波路チップ３との調芯が行われる。調芯は、例えば、光ファイバ２５のコネクタ２４を光入力ファイバ９１、あるいは光出力ファイバ９２に接続して行われるアクティブ調芯により行うことができる。光入力ファイバ９１、または光出力ファイバ９２と光ファイバ２５との接続は、上記のファイバアレイ２１と同様に、光ファイバ２５の曲がりをカメラ４１、４２により撮像し、曲がり判定部５２が光ファイバ２５に最小曲げ半径以下の曲がりが発生しているか否かを判定しながら行われる。最小曲げ半径以下の曲がりの発生により、移動経路決定部５３は、この曲がりが解消するように次の移動経路を決定する。

【0052】

光ファイバ２５と光入力ファイバ９１とが接続されると、本実施形態では、ファイバアレイ２１の先に接続された受光素子（導波路チップ３の反対の側に接続されたファイバ部品に接続される光出力ファイバであってもよい）により光が受光される。そして、ステージ７１を駆動させながら受光素子によって受光される光の強度をモニタし、強度がピークを持つ位置においてファイバアレイ２１を導波路チップ３に接続する。ファイバアレイ２１と導波路チップ３との接続は、ファイバアレイ２１と導波路チップ３との間に接着剤が供給され、ＵＶ照射部７２が接着剤にＵＶ光を照射することによって行われる。ただし、本実施形態は、調芯をアクティブ調芯により行うものに限定されず、カメラ４１、４２から入力される撮像画像データを使ってパッシブ調芯を行ってもよい。

【0053】

なお、本実施形態は、以上説明した構成に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、パッチパネル９にコネクタ２４を介して光ファイバ２５を接続しておき、後にロボット８を使って光入力ファイバ９１、光出力ファイバ９２を接続してもよい。また、本実施形態は、上記のように、コントローラ５がロボット８を制御する構成に限定されず、ロボット８が移動制御部５０と一体化し、自立してファイバ部品２と導波路チップ３とを接続してもよい。

【0054】

[光ファイバ接続方法]
図５は、以上説明した光ファイバ接続システム１において行われる光ファイバ接続方法を説明するための図である。図５に示すように、光ファイバ接続方法は、ファイバ部品２の側のファイバ側処理１００と、導波路チップ３の側のチップ側処理２００とを含む。ファイバ側処理１００では、例えば、作業者がファイバ部品２をトレー２６に取り付けて、トレーユニット１０が構成される（ステップＳ１０１）。トレーユニット１０は、ローダ１１収容される。次に、本実施形態では、ローダ１１からトレーユニット１０が搬出される（ステップＳ１０２）。なお、トレーユニット１０の搬出は、作業者によって行われるものであってもよいし、他のロボット等により自動的に行うものであってもよい。

【0055】

搬出されたトレーユニット１０は、ユニットコンベヤ６１によって搬送される。カメラ４１、４２は、トレーユニット１０のファイバ部品２のファイバアレイ２１（図中ではＦＡと記す）の撮像画像データを連続的にコントローラ５に入力している。コントローラ５の移動制御部５０は、撮像画像データを画像認識してファイバアレイ２１の位置を特定する（ステップＳ１０３）。移動制御部５０は、ロボット８を制御して、アーム部８１によりファイバアレイ２１を導波路チップ３の接続位置に向かって移動させる（ステップＳ１０４）。次に、移動制御部５０は、ファイバアレイ２１と同様に、コネクタ２４を撮像画像データにより画像認識し、その位置を特定する（ステップＳ１０５）。移動制御部５０は、ロボット８を制御し、アーム部８１によりコネクタ２４をパッチパネル９に接続された光入力ファイバ９１、光出力ファイバ９２に向けて移動させる（ステップS１０６）。

【0056】

ステップＳ１０４、Ｓ１０６の移動において、コントローラ５は、移動制御部５０によって光ファイバ２５の曲がりの状態を観察し、アーム部８１の移動を制御する。移動の制御は、順次移動経路を決定することによって行われる。

【0057】

チップ側処理２００においては、トレーユニット１０の搬出と並行し、導波路チップ３をローダ１２から作業者またはロボットが搬出する（ステップＳ２０１）。移動制御部５０は、撮像画像データを画像認識して導波路チップ３の位置を特定する（ステップＳ２０２）。移動制御部５０は、ロボット８を制御して、特定された位置にある導波路チップ３をステージ７１の所定の固定位置まで移動させる（ステップＳ２０３）。次に、移動制御部５０は、ファイバ部品２と導波路チップ３との調芯をアクティブ調芯により行う（ステップＳ２０４）。

【0058】

ステップＳ２０４の調芯は、例えば、アーム部８１がファイバアレイ２１を導波路チップ３の接続位置に保持した状態で行われる。コントローラ５は、ステージ７１を駆動させながらファイバ部品２から出力される光の強度がピークを持つ導波路チップ３の位置を検出する。本実施形態においては、検出された位置に導波路チップ３を固定し、ＵＶ硬化型の接着剤をファイバアレイ２１と導波路チップ３との間に供給し、ＵＶ光を照射して硬化させる。接着剤が硬化することにより、ファイバアレイ２１と導波路チップ３とが接続される（ステップＳ２０５）。導波路チップ３と接続されたトレーユニット１０は、導波路チップ３の一方にのみ光ファイバ２５が接続されたサブアッシー２０となってコレクタ１３に向けて搬送される（ステップＳ２０６）。

【0059】

以上説明したように、本実施形態は、複数の光ファイバを有するファイバ部品をトレー（部品保持部材）により保持するので、光ファイバの調芯及び接続においてファイバ部品を所定の位置に所定の状態でセットすることができる。また、アレイ保持部を導波路チップ（光学部品）に向かって移動させるロボット及びアーム部（ファイバ移動部）を備えるため、ファイバアレイを自動的に導波路チップの近くに移動させることができる。そして、本実施形態は、ファイバアレイがアーム部に保持された状態の光ファイバの形状を撮像し、撮像された撮像画像に基づいてアーム部の移動を制御するため、アーム部の移動中に光ファイバが絡まる、あるいは許容範囲を超えて折れ曲がることを自動的に回避することができる。このような本実施形態は、光ファイバを光学部品に接続する処理に際し、光ファイバを人手によって引き回す必要がなく、より多くの工程を自動化し、調芯に係る作業をいっそう効率化することができる。

【0060】

また、本実施形態は、調芯前及び調芯中に光ファイバが最小曲げ半径以下に折れ曲がることを防ぐことができる。このため、光ファイバに微小亀裂が入ることを防ぐとともに、調芯中に光が漏れることをなくしてアクティブ調芯における光強度のピークを正確に検出することができる。

【符号の説明】

【0061】

１ 光ファイバ接続システム
２ ファイバ部品
３ 導波路チップ
５ コントローラ
８ ロボット
９ パッチパネル
１０ トレーユニット
１１、１２ ローダ
１３ コレクタ
２０ サブアッシー
２１ ファイバアレイ
２２ テープファイバ部
２３ ファンアウト部
２４ コネクタ
２５ 光ファイバ
２６ トレー
４１，４２ カメラ
５０ 移動制御部
５１ 画像処理部
５２ 曲がり判定部
５３ 移動経路決定部
５４ ロボット制御部
６１ ユニットコンベヤ
６２ アッシーコンベヤ
２７１，２７２ 巻き芯
７１ ステージ
７２ ＵＶ照射部
７３ 天板
７５ 基台
８１ アーム部
８５ ロボットドライバ
９１ 光入力ファイバ
９２ 光出力ファイバ
１００ ファイバ側処理
２００ チップ側処理
２１１，２３１，２５１ 凹部
２１２，２３２，２５２ 底面
２１３，２３３，２５３ 壁面
２４１，２４２ マーク
２６１ 板状部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2022-05-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光の入力または出力が可能な光学部品に光ファイバを接続する光ファイバ接続システムであって、
複数の前記光ファイバを有するファイバ部品が保持される部品保持部材と、
前記部品保持部材に保持された前記光ファイバの一部を前記光学部品に向かって移動させるファイバ移動部と、
前記ファイバ移動部により前記一部が移動中の前記光ファイバを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像から得られる前記光ファイバの曲がり状態に基づいて、前記ファイバ移動部による前記一部の移動を制御する移動制御部と、を含み、
前記移動制御部は、前記撮像画像における前記光ファイバの曲がり状態に応じて前記ファイバ移動部の移動の経路を決定する、光ファイバ接続システム。

【請求項2】

前記移動制御部は、前記光ファイバの曲げ半径が、予め定められた閾値よりも小さくなっているか否かを判断し、前記光ファイバの曲げ半径が前記閾値よりも小さくなっていると判断した場合に前記光ファイバの曲げ半径が大きくなるように前記ファイバ移動部の移動経路を決定する、請求項１に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項3】

前記ファイバ移動部は、前記光ファイバの端部を束ねて形成されるファイバアレイを前記光学部品としての導波路チップに向けて移動させ、前記ファイバアレイと反対側の端部を前記光学部品としての光入力ファイバまたは光出力ファイバに向けて移動させる、請求項１または２に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項4】

前記部品保持部材は、前記ファイバ部品が載置される板状部材と、前記板状部材にあって前記光ファイバが巻き回される巻き芯と、を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項5】

前記部品保持部材は、前記ファイバアレイ、または前記光ファイバの前記端部と異なる他方の端部を保持する凹部を備える、請求項３に記載の光ファイバ接続システム。

【請求項6】

複数の光ファイバを有するファイバ部品が保持される部品保持部材と、前記部品保持部材に保持された前記光ファイバの一部を光の入力または出力が可能な光学部品に向かって移動させるファイバ移動部と、前記ファイバ移動部により前記一部が移動中の前記光ファイバを撮像する撮像部と、備える光ファイバ接続システムを制御する光ファイバ接続制御装置であって、
前記撮像部により撮像された撮像画像から得られる前記光ファイバの曲がり状態に基づいて、前記ファイバ移動部による前記一部の移動を制御する移動制御部を含み、
前記移動制御部は、前記撮像画像における前記光ファイバの曲がり状態に応じて前記ファイバ移動部の移動の経路を決定する、光ファイバ接続制御装置。

【請求項7】

光の入力または出力が可能な光学部品に光ファイバを接続する光ファイバ接続方法であって、
部品保持部材に保持された前記光ファイバの一部を前記光学部品に向かって移動させる工程と、
前記一部が移動中の前記光ファイバを撮像する工程と、
撮像された撮像画像から得られる前記光ファイバの曲がり状態に基づいて、前記光ファイバの前記一部の移動を制御する工程と、を含み、
前記移動制御を制御する工程は、前記撮像画像における前記光ファイバの曲がり状態に応じて前記ファイバ移動部の移動の経路を決定する、光ファイバ接続方法。