CN1278154C - 光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法，该光准直器用透镜部件包括有：细管；部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在细管的内孔中，由折射率大致均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心大致相同的透光球面；将部分球面透镜粘结于细管的粘结剂。细管的中心轴和上述部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内。当将光纤固定在内孔且外周面与光纤的端面的纤芯中心的轴偏移量在1.5μm以内的毛细管插入细管的插入部，并且将光纤的端面固定于部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的距离的位置上时，出射光曲率为出射光相对细管中心轴在0.2°以内。

Description

光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法

技术领域

本发明涉及一种光学耦合光通信用的光纤和透镜、将来自光纤的出射光变为平行光，或者通过透镜会聚平行光并入射到光纤的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法。

背景技术

在构筑高速大容量的光纤通信系统时多使用光设备。其中会使用从多路复用多个波长的光信号取出任意波长的光信号、配合光信号的相位的光学结晶体等，使用从光纤出射并加宽的光信号变为平行光的多个光准直器。

原来的光准直器中，在其制作时，如图14所示，首先将光纤2附带的毛细管3固定于细管1中，从光纤2出射可见光区域的光源的氦氖激光L，边由投影台6确认该激光L的准直状态以使得其处于光学上适当的位置关系边对透镜5的位置进行调心后，用环氧树脂系的粘结剂7将在精密台4上夹持的透镜5固定于细管1。

上述已有技术的组装方法中，组装时，从光纤2实际出射激光L，因此有光源和光纤2必须以数μm的高精度连接，出现有关调心的作业、光纤2的处理等光准直器制作准备过分复杂，使得作业性极度变差的问题。

已有技术的组装方法中，实际的透镜5的夹持连数mm都没有，并且光学位置的调心中要求数μm到十几μm水平的高精度，因此作业性急剧恶化。

光学位置调心时，由于透镜5和细管1之间有间隙，因此确定位置后使粘结剂7硬化并固定时，由于粘结剂7的体积收缩，出现透镜5等的位置容易偏离的问题。

由此可见，上述现有的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法，能够改进一般现有的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法存在的缺陷，而提供一种新的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法，所要解决的技术问题是使其不需要像原来的光准直器组装方法那样在组装时向光纤通过光，并且组装容易，光调心的可靠性高，从而更加适于实用。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

为达到上述的目的，本发明提供一种光准直器用透镜部件，包括：细管；部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在上述细管的内孔中，由折射率大致均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心大致相同的透光球面；将上述部分球面透镜粘结于上述细管的粘结剂，其中上述细管的中心轴和上述部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内，当将光纤固定在内孔且外周面与上述光纤的端面的纤芯中心的轴偏移量在1.5μm以内的毛细管插入上述细管的插入部，并且将上述光纤的端面固定于上述部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的距离的位置上时，出射光曲率为出射光相对上述细管中心轴在0.2°以内。根据本发明，仅通过将把光纤固定于内孔中的毛细管插入细管的插入部并固定于为规定的距离的位置处，可极其容易地制作具有出射光原来不能实现的水平的出射光曲率的光准直器。

当构成光准直器用透镜部件的细管的中心轴与部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内时，如图1(A)所示，得到出射光L相对细管的中心轴为希望的0.2°以内的出射光曲率θ。另一方面，当细管的中心轴与部分球面透镜的光轴的轴偏移量超出5μm时，如图1(B)所示，得不到出射光L相对细管的中心轴为希望的0.2°以内的出射光曲率θ。

将光纤15固定在内孔中的毛细管，且其外周面与光纤15的端面的纤芯中心的轴偏移量在1.5μm以内是重要的。当该轴偏移量超出1.5μm时，如图1(B)所示，得不到出射光相对细管的中心轴为希望的0.2°以内的出射光曲率θ，出射光L的束强度的分布偏离，得不到希望的光信号的耦合效率。

当细管内面和部分球面透镜的光轴和毛细管中的光纤的光轴的同轴性产生偏移时，如图1(B)所示，得到的平行光中产生角度，因此根据使用的用途，在许可的角度范围中确定许可偏移量，但当该角度过大时，再将平行光从另外的光准直器返回光纤时，产生光量衰减。例如，使用作为折射率为1.8左右的玻璃材质的LaSF015构成的、曲率半径为1.75mm的部分球面透镜的光准直器的情况下，为达到作为一般耦合特性的插入损耗0.2dB以下，上述角度需要抑制到在0.1°左右以内。而且，此时的部分球面透镜的光轴与光纤15的光轴的轴偏移的许可度大致为4μm。

作为本发明使用的细管，重要的是在其内面插入光纤附带的毛细管时自动进行调心，细管的内面与部分球面透镜的光轴同轴配置，并且细管内面和光纤附带的毛细管为适当嵌合的尺寸。在细管内面和部分球面透镜的光轴和毛细管中的光纤的光轴的同轴性产生过多的偏移时，得到的平行光中产生角度。因此，根据使用用途，通过角度许可的范围确定各要素的许可轴偏移量。在熔接固定光纤附带的毛细管和细管的情况下，最好使用熔接性和耐久性优越的不锈钢。

如图2所示，当相对配置一对光准直器来接收光信号时，光纤的端面配置在部分球面透镜的焦点位置FP上后，如图2(B)所示的位置上形成出射光的光束腰部BW。当光纤的端面配置在比部分球面透镜的焦点位置FP还近的位置上时，在图2(C)所示的位置(靠近部分球面透镜的位置)上形成出射光的光束腰部BW，但当光纤的端面配置在比部分球面透镜的焦点位置FP还近40μm以上的位置上时，不形成光束腰部BW，而是加宽了。另一方面，当光纤的端面配置在比部分球面透镜的焦点位置FP还远的位置上时，在图2(D)所示的位置(远离部分球面透镜的位置)上形成出射光的光束腰部BW，但当光纤的端面配置在比部分球面透镜的焦点位置FP还远40μm以上的位置上时，不形成光束腰部BW，而是加宽了。因此，重要的是光纤的端面固定在部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的位置上。

作为本发明使用的部分球面透镜，只要是由折射率大致均匀的光学玻璃构成，由通过加工为真球形而可制作具有高的焦点精度的部分球面透镜的材料所形成，则都可使用，为了光准直器的小型化、细径化，研削具有高的真球度的球透镜的周围制作的部分球面透镜是适当的。部分球面透镜的光标准出通过透镜的曲率中心，为与细管的中心轴平行的轴，因此不对研削周围时的侧面形状、加工轴的倾斜、轴偏移等产生影响。作为部分球面透镜使用的玻璃，最好使用光学玻璃的BK7，K3，TaF3，LaF01，LaSF015等。

部分球面透镜是具有本来的球面象差的透镜，但折射率低的情况下，球面象差增大，通过部分球面透镜从光纤的端面出射的光信号或会聚到光纤的端面的光信号的耦合效率降低。因此，本发明使用的部分球面透镜最好是折射率在1.7以上。由此，容易制作得到具有高的连接效率和出射光曲率的平行光的光准直器。

上述结构中，光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离，即从部分球面透镜的焦点距离f减去透光球面的曲率半径R的距离在0.1mm以上较好，更好是在0.15mm以上。由此，从部分球面透镜的透光球面反射并入射到光纤的光可大幅度减少，在动作距离(工作距离)以内，光信号特性的变动减小，可在高速大容量的光通信系统的构筑中使用。

部分球面透镜的曲率半径R小等情况下，光纤15的端面15a和部分球面透镜12的透光球面的距离小于0.1mm时，如图3所示，来自透光球面的反射光Lb多返回到光纤15的端面15a中，成为噪声。另一方面，比焦点距离+40μm长时，不形成光束腰部BW，而是加宽了。光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离在0.1mm以上是重要的，为进一步减少再入射到光纤的端面的反射光，最好在0.15mm以上。

上述结构中，可在细管的规定位置设置贯通部，使得可从外部观察光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离。

为可从外部观察光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离，可使用例如在规定位置设置作为贯通部的窥视窗口的金属制造套筒。为得到平行光，必须在部分球面透镜的焦点位置配置光纤的端面，但通过使用具有贯通部的细管，例如通过用激光测长机、显微镜等测定仪测定部分球面透镜的透光球面顶点和光纤的端面之间的距离可容易进行调整。调整上述距离后，光纤附带的毛细管通过粘结剂或熔接固定在细管内，但此时，光纤的端面和部分球面透镜的透光球面的间隔部可观察到，因此适于确认光的通过区域中不会产生问题。

或者上述结构中由可从外部测定光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离的透明体构成细管。由此，可得到与上述同样的效果。

作为细管，可使用例如透过测定上述距离的光和磁的透明玻璃管等。细管的材料用作管的情况下，热加工型高，透过光和磁，采用耐久性优越的硼硅酸玻璃等。

上述结构中细管可用玻璃或结晶化玻璃形成。由此，可使用高精度廉价的细管，可降低高速、大容量光通信系统的构筑费用。

作为玻璃制或结晶化玻璃制的细管，只要热膨胀系数近似部分球面透镜和毛细管，则都可使用，如果可控制细管的材料结晶析出的状态，则在通过连续成型法高精度且廉价地得到方面是有利的。

上述结构中，细管可以是分割式套筒。

分割式套筒的内径尺寸处于与光纤附带的毛细管嵌合，紧密嵌合的关系是重要的。二者间的尺寸差影响细管内面和部分球面透镜的光轴的偏移。使用具有比光纤附带的毛细管小数μm左右的内径的分割式套筒的情况下，没有该尺寸差是有效的。作为分割式套筒，可使用金属制作、氧化镐陶瓷制作的等。

分割式套筒为金属制的情况下，最好用硬度低、不会划伤部分球面透镜和光纤附带的毛细管的表面的、可防止灰尘的金属材料制成，作为这种金属材料，是和采用尺寸再现性高的磷青铜、不锈钢等。

上述结构中，作为粘结剂，可使用混合了从陶瓷、玻璃、金属中选择的一种以上构成的填充物的环氧树脂系树脂或玻璃熔块(glass frit)。

用准直器的组装中一般所使用的环氧树脂粘结剂在硬化时产生大约20％左右的体积收缩。为防止这种收缩产生的部分球面透镜的位置偏移，在粘结剂中混合从陶瓷、玻璃、金属中选择的一种以上构成的填充物是有效的。通过混合填充物，在附加触变性、液滴下垂的防止效果、提高粘结剂的强度方面也是有效的。

采用细管的插入部插入配置有具有规定内径的内孔的内细管，内细管在相对其管轴以规定精度将直角端面接触至部分球面透镜的透光球面的状态下粘结固定于插入部的结构。由此，可相对细管把部分球面透镜和内细管以正确的同轴关系固定在正确的位置上，制作光学特性优越的光准直器。

本发明使用的内细管具有嵌入细管的插入部的、间隙为数μm以内的游隙嵌入或为紧紧嵌入的关系的外径，为了不遮住来自光纤的出射射入光，具有比毛细管大数μm左右的内径，并且具有以数秒(“)到数分(‘)的规定精度相对内细管的管轴成直角的端面。

上述结构中，细管和/或内细管可由厚度1mm、使波长350～500nm的光透过50％以上的透明玻璃构成。由此，使用光硬化型粘结剂可在短时间内将光纤或光纤附带的毛细管固定于内细管内，可有效制作光准直器。

这里，所谓厚度为1mm、使波长350～500nm的光透过50％以上是指光硬化型粘结剂充分透过硬化反应的灵敏度高的近紫外线到蓝色的可见光线，作为透明玻璃，可使用抑制降低透明度等的杂质含有率的硼硅酸玻璃、石英玻璃等。

本发明为达到上述目的，提供一种光准直器用透镜部件的组装方法，其中光准直器用透镜部件包括：细管；部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在细管的内孔，由折射率大致均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心大致相同的透光球面；将部分球面透镜粘结于细管的粘结剂，其包括下面的工序。即，将具有规定内径的内孔的内细管插入细管的内孔，在相对其管轴以规定精度把直角端面设到规定位置的状态下进行固定，将部分球面透镜插入细管的内孔并使之接触到内细管的端面，由此确定部分球面透镜的位置，之后，将部分球面透镜粘结固定于细管内。根据本发明，可相对细管的内孔正确确定部分球面透镜的位置，可有效制作光准直器用透镜部件。

本发明的组装方法中，插入具有嵌入细管的内孔的、间隙为数μm以内的游隙嵌入或为紧紧嵌入的关系的外径的内细管，以规定精度将相对内细管的管轴成直角的端面放置在规定位置上，但正确地进行部分球面透镜的位置确定是重要的。细管上以与部分球面透镜适当的距离配置光纤附带的毛细管时，在足够的强度下，尽可能地保持剩余长度(留下的长度)。粘结剂硬化时的位置偏移在光学上没有问题时，可不在粘结剂中混合填充物。

上述结构中，在将部分球面透镜粘结固定于细管内之前或粘结固定之后，从细管内去除内细管。由此，容易实现细管内孔和部分球面透镜的高精度的同轴性，可再现性好且容易地制作光学特性优越的光准直器用透镜部件。

例如，将部分球面透镜吸附到具有和光纤附带的毛细管相同的外径、具有和其外径同轴的空腔的内细管中，插入细管，通过在部分球面透镜和细管的间隙中填充粘结剂并硬化来固定，之后，停止吸附，通过拉拔内细管，可容易地实现细管内孔和部分球面透镜的曲率中心，即和光轴的高精度的同轴性。

本发明的光准直器用透镜部件在将光纤附带的毛细管插入细管内面时，在同轴上配置细管内面和部分球面透镜的光轴，以使得可自动进行调心，并且细管内面和光纤附带的毛细管为适当嵌合的尺寸。此时，在细管内面和部分球面透镜的光轴和毛细管中的光纤的同轴性产生偏移时，得到的平行光中产生角度。因此，根据使用用途，在同角度的许可范围中确定许可轴偏移量。此外，通过使用调整部分球面透镜的顶点和光纤的端面之间的距离的间隔件、在细管内面按突起状设置的限动件可得到同样效果。

为达到上述目的，本发明提供一种光准直器，包括透镜部件和将光纤固定于内孔的毛细管，其中透镜部件包括：细管；部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在细管的内孔，由折射率大致均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心大致相同的透光球面；将部分球面透镜粘结于细管的粘结剂，细管的中心轴和部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内，毛细管的外周面与光纤的端面的纤芯中心的轴偏移量在1.5μm以内，将毛细管插入透镜部件的细管的插入部，将光纤的端面固定于部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的距离的位置上。

对于上述光准直器的各构成要素，全部与关于光准直器用透镜部件的已经说明的事项相当，因此省略重复记载，简化记载。

本发明的光准直器中，也由于和关于光准直器用透镜部件地已经说明的理由相同的理由，可采用下面的各结构。

①部分球面透镜的折射率在1.7以上。

②光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离在0.1mm以上。

③细管的材料是玻璃或结晶化玻璃。

④细管是分割式套筒。

⑤分割式套筒的材料是金属。

⑥粘结剂是混合了从陶瓷、玻璃、金属中选择的一种以上构成的填充物的环氧树脂系树脂或玻璃熔块(glass frit)。

⑦将细管的插入部插入配置具有规定内径的内孔的内细管，内细管在相对其管轴以规定精度将直角端面接触至部分球面透镜的透光球面的状态下粘结固定于插入部。

另外，光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离比通过部分球面透镜折射率和透光球面的球面半径算出的最佳值小，在实际上需要的动作距离范围内光束腰部位置在规定值±5mm以内。

来自光准直器的出射光的准直光束的光束腰部位置在规定值±5mm以外时，由于光的波动特性，耦合效率降低。通过采用上述结构，以高的耦合效率使出射的准直光束到达接收侧的光纤，可维持高品质的通信性能。

为达到上述目的，本发明提供一种光准直器的组装方法，该光准直器包括透镜部件和将光纤固定于内孔的毛细管，透镜部件包括：细管；部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在细管的内孔、由折射率大致均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心大致相同的透光球面；将部分球面透镜粘结于细管的粘结剂，细管的中心轴和部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内，毛细管的外周面与光纤的端面的纤芯中心的轴偏移量在1.5μm以内，将毛细管插入透镜部件的细管的插入部，将光纤的端面固定于部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的距离的位置上，其中将毛细管固定于位置时，光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离是从外部测定，以确定毛细管的位置。

对于上述光准直器的各构成要素，全部与关于光准直器用透镜部件的已经说明的事项相当，因此省略重复记载，简化记载。

本发明的光准直器中，也由于和关于光准直器用透镜部件地已经说明的理由相同的理由，可采用下面的各结构。

①细管在规定位置具有贯通部，使得可从外部观察光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离，且部分球面透镜的球面和光纤的端面的距离是从外部测定，以确定位置。

②细管由透明体形成，以便可从外部测定光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离，且部分球面透镜的球面和光纤的端面的距离是从外部测定，以确定位置。

③细管和内细管中的至少之一由厚度1mm、使波长350～500nm的光透过50％以上的透明玻璃构成。

另外，光纤的端面和部分球面透镜的透光球面之间的距离可设定为比通过部分球面透镜折射率和透光球面的球面半径算出的最佳值小，且在实际上需要的动作距离范围内光束腰部位置在规定值±5mm以内。由此，以高的耦合效率使出射的准直光束到达接收侧的光纤，可维持高品质的通信性能。

综上所述，本发明特殊的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法，其不需要像原来的光准直器组装方法那样在组装时向光纤通过光，并且组装容易，光调心的可靠性高。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品及组装方法中未见有类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构、组装方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举出较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是从光准直器出射的出射光曲率的说明图，图1(A)表示使用本发明的光准直器用透镜部件的情况下的出射光曲率图，图1(B)是使用不良光准直器的情况下的出射光曲率图；

图2(A)是相对配置光准直器的状态图、图2(B)是在部分球面透镜的焦点位置配置光纤的端面时的光束腰部位置图、图2(C)是在比部分球面透镜的焦点位置靠前方配置光纤的端面时的光束腰部位置图、图2(D)在比部分球面透镜的焦点位置靠后方配置光纤的端面时的光束腰部位置图；

图3表示部分球面透镜的球面和曲率半径与光纤的端面的距离与反射光的关系图；

图4表示光准直器用透镜部件图，图4(A)是平面图，图4(B)是截面图；

图5表示光准直器，图5(A)是平面图，图5(B)是截面图；

图6是光准直器的主要部分截面图；

图7表示光准直器的使用方法，图7(A)表示偏置位置被偏移了的状态图，图7(B)表示偏置位置相符的状态图，图7(C)表示在偏置位置被偏移了的状态下配合出射光的位置的状态图；

图8(A)和(B)表示分割式套筒，图8(C)表示内细管，图8(D)表示部分球面透镜，图8(E)表示光纤附带的毛细管；

图9表示光准直器用透镜部件和光准直器的组装工序，图9(A)表示在分割式套筒安装内细管的工序图，图9(B)表示在分割式套筒安装部分球面透镜的工序图，图9(C)表示从分割式套筒去除内细管的工序图，图9(D)表示在分割式套筒安装光带附带的毛细管的工序图；

图10是其它实施例的光准直器用透镜部件的截面图；

图11是其它实施例的光准直器的截面图；

图12(A)表示玻璃细管，图12(B)表示玻璃内细管，图12(C)表示部分球面透镜；

图13表示光准直器用透镜部件和光准直器的组装工序，图13(A)表示玻璃细管，图13(B)表示在玻璃细管安装玻璃内细管的工序图，图13(C)表示在玻璃细管安装部分球面透镜的工序图，图13(D)表示在玻璃内细管安装光纤附带的毛细管的工序图；

图14是原来的光准直器的组装方法的说明图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法其具体实施方式、结构、组装方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

如图4所示，该实施例的光准直器用透镜部件10包括具有直线状分割部11b个贯通孔11c、外径为1.60mm、内孔11d稳定内径为1.249mm、全长为5.5mm的磷青铜制或不锈钢制的分割式套筒11；留下2.5mm长的插入部11a而固定在分割式套筒11上的部分球面透镜12；将部分球面透镜12粘结于分割式套筒11上的环氧树脂系树脂所构成的粘结剂13。部分球面透镜12由折射率大致均匀的光学玻璃LaSF015构成，其圆柱部12a的两端具有曲率中心大致相同、曲率半径R为1.500±0.002mm的透光球面12b，12c。分割式套筒11的中心轴和部分球面透镜12的光轴的轴偏移量为3μm。部分球面透镜12的透光球面12b，12c上形成防反射膜。

图5表示使用光准直器用透镜部件10的该实施例的光准直器30。在内孔14b中固定单模光纤15的毛细管14插入并固定于分割式套筒11内的插入部11a。毛细管14的外径为1.249mm±0.5μm，全长为5.0mm。毛细管14的外周面14a和光纤15的端面15a的纤芯中心的轴偏移量为0.5μm。光纤15的端面15a相对于光纤15的光轴垂直的平面倾斜8°，形成防反射膜。光纤15的端面15a和部分球面透镜12的球面12b的距离为0.215±3μm的位置上固定毛细管14时，出射光曲率为出射光在希望的0.2°以内的0.1°。

如图6所示，光准直器用透镜部件10上固定毛细管14的光准直器30中，从相对与光轴垂直的平面倾斜了倾斜角α的光纤15的端面15a向部分球面透镜12入射相对光轴倾斜了β的光信号时，光纤15的光轴与来自部分球面透镜12的出射光的光轴之间产生偏置W。该偏置W通过部分球面透镜12的折射率n3、曲率半径R、光纤15的端面15a的倾斜角α而成为图示的关系。

接着制作4个光准直器30，测定插入损耗和反射衰减量。

将固定了具有倾斜的端面15a的光纤15的毛细管14固定在光准直器用透镜部件10上的光准直器30中，如图7所示，仅在来自部分球面透镜12的出射光从光纤15的光轴离开114μm时产生偏置W，因此在偏置W的方向不一致的情况下，产生图7(A)所示的光信号的轴偏移信号。因此，在测定插入损耗和反射衰减量时，如图7(B)或(C)所示配合将动作距离设定为20mm而相对配置的1对光准直器用透镜部件10的偏置位置。表1表示插入损耗的测定结果。

【表1】

测定序号	最小值dB	最大值dB	平均值dB
				1	0.143	0.151	0.147
2	0.118	0.126	0.122
				3	0.093	0.101	0.097
4	0.106	0.114	0.110
				5	0.143	0.151	0.147
6	0.143	0.151	0.147
				最小值dB	0.093
最大值dB	0.151
				平均值dB	0.128
标准偏差dB	0.021

对于上述光准直器30，测定反射衰减量。表2表示其结果。

【表2】

反射衰减量(dB)
						偏芯	近5μm	设计距离		近5μm
A5.0	62.32	62.44		62.60
						B4.0	61.52	61.99		62.54
B4.5	61.88	61.99		62.22
						C2.5	61.91	62.05		62.30
平均值	61.91	62.12		62.42
							反射衰减量
	差				好

测定表2所示测定结果可知，部分球面透镜和光纤之间的距离越近，反射衰减量(返回损耗)变差。上述距离为0.215±5μm时，反射衰减量为±0.3dB左右的变化。求出部分球面透镜相对套筒的偏离和反射衰减量的关系，可知如果偏离量在5μm以内，则反射衰减量为0.5dB左右的变化。此外，就部分球面透镜相对套筒的偏离和插入损耗的关系进行测定。将光源侧的光准直器固定为基准，使用将受光侧的光准直器的透镜分别在0°方向、90°方向、180°方向、270°方向上偏离4～5μm的结构抟插入损耗的偏离依赖性。其结果表示在表3中。

【表3】

插入损耗的偏芯依赖性

	方向	插入损耗(dB)
			1	0°	0.13
2	90°	0.12
			3	180°	0.13
4	270°	0.13

从表3所示测定结果可知，对于部分球面透镜相对套筒的偏离和插入损耗的关系，插入损耗相对偏离方向的变化量在0.01dB左右。

关于偏离方向和反射衰减量的关系，使用偏离量为4.5μm的部分球面透镜进行测定。其结果在表4表示。另外，表4中，表示出偏离方向①为光纤尖端靠近部分球面透镜的光轴的方向、偏离方向②为光纤尖端从部分球面透镜的光轴远离的方向的情况。

【表4】

	反射衰减量(dB)
			测定序号	偏离方向①	偏离方向②
1	62.43	61.54
			2	62.50	61.57
3	62.12	61.90
			4	61.45	60.75
5	63.68	61.98
			平均值	62.44	61.55
	好差

从表4所示测定结果可知，偏离方向①好于偏离方向②。这样，将偏离量管理到5μm以内时，反射衰减量的变化为0.5dB左右。

接着说明光准直器用透镜部件10的组装方法和光准直器30的组装方法。

首先如图8(A)，(B)所示，具有直线状分割部、外径为1.60mm、内孔的内径为1.249mm、全长为5.5mm的分割式套筒中设计贯通部11c来制作分割式套筒11。此时，为使分割式套筒11的精度不降低，严格注意加工。

接着如图8(C)所示，制作外径为1.249mm、内孔17b的内径为0.68mm、具有相对管轴为±0.1°以内的直角度的端面17a的内细管17。

接着如图8(D)所示，使用折射率大致均匀的光学玻璃LaSF015制作曲率半径R为1.500±0.002mm的球透镜，以光轴为中心旋转并研磨该球透镜形成圆柱部12a，制作在两端具有透光球面12b，12c和用于填充粘结剂的环状槽12d的部分球面透镜12。

接着如图8(E)所示，制作在内孔14b固定光纤15、外径为1.249mm±0.5μm、全长为5.0mm的毛细管14。光纤15的端面15a相对于光纤15的光轴垂直的平面倾斜8°，形成防反射膜。毛细管14的外周面14a和光纤15的端面15a的纤芯中心的轴偏移量为0.5μm。

接着如图9(A)所示，在分割式套筒11的内孔11d插入内细管17并固定在其直角端面17a和分割式套筒11的端面之间的距离为25mm的位置上。然后如图9(B)所示，在分割式套筒11的内孔11d插入部分球面透镜12，将透光球面12b与内细管17的端面17a接触来确定部分球面透镜12的位置。之后，如图9(C)所示，用粘结剂13将部分球面透镜12固定在分割式套筒11的内孔11d。粘结剂13完全硬化后，去除内细管17，得到光准直器用透镜部件10。

此外，如图9(D)所示，将在内孔14b中固定光纤15的毛细管14插入分割式套筒11的插入部11a，边通过贯通部11c观察测定边将其确定在光纤15的端面15a和部分球面透镜12的透光球面12b之间的距离d1为0.215mm±2μm的位置上，并将其固定粘结在那里，此时得到光准直器30。

接着说明本发明的其它实施例。

如图10所示，光准直器用透镜部件20包括外径为1.80mm、内孔21b的内径为φ1.005mm+0.01/-0mm、全长为6.0mm的玻璃细管21；留下规定长度的插入部21a而固定在玻璃细管21的内孔21b中的部分球面透镜22；插入并固定于玻璃细管21的插入部21a中的玻璃内细管24；将部分球面透镜22和玻璃内细管24粘结于玻璃细管21上的环氧树脂系的紫外线硬化型树脂构成的粘结剂23。部分球面透镜22由折射率大致均匀的光学玻璃LaSF015构成，直径为φ0.98mm，其圆柱部22a的两端具有曲率中心大致相同、曲率半径R为1.25±0.0015mm的透光球面22b，22c。部分球面透镜22的外周的中心轴与球面的中心轴的偏离在5μm以内。玻璃内细管24的外径为0.997mm±0.005mm，内孔24b的内径为0.68mm+0.002/-0mm、长度为3.45mm。玻璃内细管24在将与其管轴成直角的端面24a接触至部分球面透镜22的透光球面22b的状态下插入固定于玻璃细管21的插入部21a上。玻璃细管21的内孔21b的中心轴和部分球面透镜22的光轴以及玻璃内细管24的内孔24b的中心轴的轴偏移量为3μm。玻璃细管21和玻璃内细管24由厚度为1mm、使波长350～500nm的光85％的透过的透明硼硅酸玻璃形成。

图11表示使用光准直器用透镜部件20的光准直器40。将光纤25固定在内孔26b的毛细管26插入固定在玻璃细管21的插入部21a内固定了的玻璃内细管24的内孔24b中。毛细管26的外径为0.68mm+0/-0.002mm，全长为5.25mm。毛细管26的外周面26a和光纤25的端面25a的纤芯中心的轴偏移量为0.5μm。当在光纤25的端面25a和部分球面透镜22的球面22b之间的距离d2为0.182mm±2μm的位置上固定毛细管26时，得到出射光曲率为出射光为希望的0.2°以内的0.1°。

光准直器用透镜部件20上固定固定了具有倾斜的端面25a的光纤25的毛细管26时，与图7所示同样，出射光仅从光纤25的光轴偏移95μm就产生偏置W，因此动作距离设定为20mm来相对配置的1对光准直器用透镜部件20的偏置位置如图7(B)或(C)所示进行配合，测定插入损耗和反射衰减量。

其结果是与使用前面所述的光准直器用透镜部件10的光准直器30没有很大差别，是很优越的。

接着说明光准直器用透镜部件20的组装方法和光准直器40的组装方法。

首先如图12(A)所示，准备内孔21d的内径为1.005mm、全长为5.0mm的玻璃细管21。如图12(B)所示，准备外径为0.997mm±0.005mm、内孔24b的内径为0.68mm+0.002/-0mm、长度为3.45mm的玻璃内细管24。如图12(C)所示，准备由折射率大致均匀的光学玻璃LaSF015构成、直径为φ0.98mm、其圆柱部22a两端具有曲率中心大致相同、曲率半径R为1.250±0.0015mm的透光球面22b，22c并且其外周的中心轴与球面的中心轴的偏离在5μm以内的部分球面透镜22。此外，如图12(D)所示，准备将光纤25固定于内孔26b、外径为0.68mm+0/-0.002mm、全长为5.25mm的毛细管26。

接着如图13(B)所示，将玻璃内细管24插入玻璃细管21(图13(A))的内孔21d中，将其直角端面24a放置在插入部21a的长度为2.5mm的位置上，由环氧树脂系的紫外线硬化型树脂构成的粘结剂23进行固定。然后如图13(C)所示，部分球面透镜22插入玻璃细管21的内孔21d中，将其透光球面22b接触至玻璃内细管24的端面24a来进行位置确定，之后，用粘结剂23将部分球面透镜22固定于玻璃细管21的内孔21d上后，得到光准直器用透镜部件20。

此外，如图13(D)所示，把内孔26b中固定光纤25的毛细管26插入在玻璃细管21的插入部21a固定的玻璃内细管24的内孔24b中，在光纤25的端面25a和部分球面透镜22的球面22b之间的距离d为0.182mm±2μm的决定位置上粘结，得到光准直器40。

上述实施例中，分割式套筒为透明玻璃管，但不限定于此，分割式套筒可以是塑料管，也可以是具有能够确认光纤的端面和部分球面透镜的球面之间的距离的孔的金属管等。

上述光准直器的插入损耗的测定如下进行。即，准备2个制作的光准直器，把光纤连接于波长1550nm的激光二极管稳定化的光源，用熔融绞接头将一个光准直器连接到该光纤。然后，将光该准直器固定于具有和XYZ的空间轴正交的2个旋转轴的5轴光学工作台上。接着，将另一光准直器固定在光学支架上，把成为光准直器的尾端的光纤的前端连接于功率计。之后操作5轴工作台，进行调心，使得2个光准直器之间为成像关系，在该状态下由功率计测定受光量。从该受光量减去预先测定的用光纤直接连接稳定光源和功率计时的受光量的测定值，算出插入损耗。上述光准直器的反射衰减量(返回损耗)的测定如下进行。即，将10mm以上的足够长的光纤连接于OTDR(光学时域反射计：Optical Time Domain Reflect Meter)，用熔融绞接头将光准直器固定于其前端，通过测定其反射光的强度来测定反射衰减量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (27)

1、一种光准直器用透镜部件，其特征在于其包括：

一细管；

部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在该细管的内孔中，由折射率大致均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心相同的透光球面；

将该部分球面透镜粘结于该细管的粘结剂，

其中该细管的中心轴和该部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内，

当将光纤固定在内孔且外周面与该光纤的端面的纤芯中心的轴偏移量在1.5μm以内的毛细管插入该细管的插入部，并且将该光纤的端面固定于该部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的距离的位置上时，出射光曲率为出射光相对该细管中心轴在0.2°以内。

2、根据权利要求1所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的部分球面透镜的折射率在1.7以上。

3、根据权利要求1所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离在0.1mm以上。

4、根据权利要求1所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的细管在规定位置具有一贯通部，使得可从外部观察该光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离。

5、根据权利要求1所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的细管由可从外部测定该光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离的透明体构成。

6、根据权利要求1所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的细管的材料是玻璃或结晶化玻璃。

7、根据权利要求1所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的细管是分割式套筒。

8、根据权利要求7所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的分割式套筒的材料是金属。

9、根据权利要求1所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的粘结剂是混合了从陶瓷、玻璃、金属中选择的一种以上构成的填充物的环氧树脂系树脂或玻璃熔块。

10、根据权利要求1所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中具有规定内径的内孔的内细管插入配置于该细管的插入部，该内细管在相对其管轴以规定精度将直角端面接触至该部分球面透镜的透光球面的状态下粘结固定于该插入部。

11、根据权利要求10所述的光准直器用透镜部件，其特征在于其中所述的细管和该内细管中的至少之一由厚度1mm、使波长350～500nm的光透过50％以上的透明玻璃构成。

12、一种光准直器用透镜部件的组装方法，其特征在于，其中光准直器用透镜部件包括：一细管；部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在该细管的内孔，由折射率均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心相同的透光球面；以及将该部分球面透镜粘结于该细管的粘结剂，其中该细管的中心轴和该部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内，当将光纤固定在内孔且外周面与该光纤的端面的纤芯中心的轴偏移量在5μm以内的毛细管插入该细管的插入部，并且将该光纤的端面固定于该部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的距离的位置上时，出射光曲率为出射光相对该细管中心轴在0.2°以内，其中该组装方法包括以下步骤：

将具有规定内径的内孔的内细管插入该细管的内孔，在相对其管轴以规定精度把直角端面设到规定位置的状态下进行固定，

将该部分球面透镜插入该细管的内孔并使之接触到该内细管的端面，由此确定该部分球面透镜的位置，之后，

将该部分球面透镜粘结固定于该细管内。

13、根据权利要求12所述的光准直器用透镜部件的组装方法，其特征在于在将该部分球面透镜粘结固定于该细管内之前或粘结固定之后，从该细管内去除该内细管。

14、一种光准直器，包括一透镜部件和将光纤固定于内孔的一毛细管，特征在于，

其中该透镜部件包括：一细管；部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在该细管的内孔，由折射率均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心相同的透光球面；将该部分球面透镜粘结于上述细管的粘结剂，该细管的中心轴和该部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内，

该毛细管的外周面与该光纤的端面的纤芯中心的轴偏移量在1.5μm以内，

该毛细管插入该透镜部件的该细管的插入部，该光纤的端面固定于该部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的距离的位置上。

15、根据权利要求14所述的光准直器，其特征在于其中所述的部分球面透镜的折射率在1.7以上。

16、根据权利要求14所述的光准直器，其特征在于其中所述的光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离在0.1mm以上。

17、根据权利要求14所述的光准直器，其特征在于其中所述的细管的材料是玻璃或结晶化玻璃。

18、根据权利要求14所述的光准直器，其特征在于其中所述的细管是分割式套筒。

19、根据权利要求18所述的光准直器，其特征在于其中所述的分割式套筒的材料是金属。

20、根据权利要求14所述的光准直器，其特征在于其中所述的粘结剂是混合了从陶瓷、玻璃、金属中选择的一种以上构成的填充物的环氧树脂系树脂或玻璃熔块。

21、根据权利要求14所述的光准直器，其特征在于其中所述的具有规定内径的内孔的内细管插入配置于细管的插入部，该内细管在相对其管轴以规定精度将直角端面接触至该部分球面透镜的透光球面的状态下粘结固定于该插入部。

22、根据权利要求14所述的光准直器，其特征在于其中所述的光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离，比通过该部分球面透镜折射率和该透光球面的球面半径算出的最佳值小，且在实际上需要的动作距离范围内，光束腰部位置在规定值±5mm以内。

23、一种光准直器的组装方法，该光准直器包括一透镜部件和将光纤固定于内孔的一毛细管，特征在于，

其中该透镜部件包括：一细管；部分球面透镜，留下规定长度的插入部而固定在该细管的内孔，由折射率均匀的玻璃构成，在其圆柱部的两端具有曲率中心相同的透光球面；将该部分球面透镜粘结于该细管的粘结剂，该细管的中心轴和该部分球面透镜的光轴的轴偏移量在5μm以内，

该毛细管的外周面与该光纤的端面的纤芯中心的轴偏移量在1.5μm以内，

该组装方法包括以下步骤：

将该毛细管插入该透镜部件的该细管的插入部，将该光纤的端面固定于该部分球面透镜的焦点位置±40μm以内的距离的位置上，

其中将该毛细管固定于该位置时，该光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离是从外部测定以确定该毛细管的位置。

24、根据权利要求23所述的光准直器的组装方法，其特征在于其中所述的细管在规定位置具有一贯通部，使得可从外部观察该光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离，且部分球面透镜的球面和光纤的端面的距离是从外部测定以确定位置。

25、根据权利要求23所述的光准直器的组装方法，其特征在于其中所述的细管由透明体形成，以便可从外部测定该光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离，且部分球面透镜的球面和光纤的端面的距离是从外部测定以确定位置。

26、根据权利要求23所述的光准直器的组装方法，其特征在于其中所述的细管由厚度1mm、使波长350～500nm的光透过50％以上的透明玻璃构成。

27、根据权利要求24所述的光准直器的组装方法，其特征在于其中所述的光纤的端面和该部分球面透镜的透光球面之间的距离设定为比通过该部分球面透镜折射率和该透光球面的球面半径算出的最佳值小，且在实际上需要的动作距离范围内，光束腰部位置在规定值±5mm以内。

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