JP2003322755A

JP2003322755A - 光ファイバコリメータ

Info

Publication number: JP2003322755A
Application number: JP2002131910A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Suzuki; 隆文鈴木; Naoki Kawada; 直樹川和田; Hiromitsu Nakayama; 浩光中山; Masanao Munekane; 正直宗兼; Toshiya Kubo; 利哉久保
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した結合効率を得ることができると共に
信頼性を向上してコストを低減した光ファイバコリメー
タを提供する。【解決手段】フェルール２０及び光学レンズ３１を保
持する保持部材が、光学レンズ３１を保持する鏡筒３２
とフェルール２０を保持するホルダ４０とからなり、鏡
筒３２とホルダ４０とが熱膨張係数の異なる部材で形成
され且つ光学レンズ３１及びフェルール２０よりも軸方
向の外側で当接するように接合されており、ホルダ４０
とフェルール２０との位置決め点とホルダ４０と鏡筒３
２との当接点との軸方向の距離Ｌ_１と、鏡筒３２と光学
レンズ３１との位置決め点と当接点との距離Ｌ_２とを、
ホルダ４０の熱膨張係数α_１、鏡筒３２の熱膨張係数α
_２、光学レンズ３１の熱膨張係数α_３及び光学レンズ３
１の焦点距離ｆによって、光学レンズ３１の焦点位置に
光ファイバ１の先端面が配置されるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチ及び可
変光減衰器等の光機能部品を有する光結合器等の光通信
デバイスに搭載される光ファイバコリメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバコリメータを用いた光
結合器等の光通信デバイスは、例えば、ミラー、波長フ
ィルタ及び磁気光学結晶といった光機能部品等をコリメ
ータブロック内に設け、コリメータブロックの光機能部
品の両側に光ファイバコリメータを端面同士が相対向す
るように配置し、平行ビームの光軸を一致させた状態で
固定するものである。

【０００３】ここで、従来の光ファイバコリメータ１０
０は、図３に示すように、光ファイバ１の先端を保持す
るフェルール１２０と、フェルール１２０から照射され
た光を平行ビームとする光学レンズ１３１とが円筒形状
を有するホルダ１４０内に保持されている。

【０００４】このような光ファイバコリメータ１００で
は、光ファイバ１から照射された光が光学レンズ１３１
によって平行ビームとなるように、光学レンズ１３１の
焦点に光ファイバ１の先端面が配置されるよう、フェル
ール１２０及び光学レンズ１３１はホルダ１４０内の同
一孔内に高精度に位置合わせされている。

【０００５】このフェルール１２０と光学レンズ１３１
との相対位置によって、光結合効率を向上すると共に反
射戻り光を低減することができる。

【０００６】このような光ファイバコリメータ１００で
は、熱による膨張及び収縮によって、光ファイバコリメ
ータ１００の光学レンズ１３１と、光ファイバ１の先端
面との位置ズレが生じてしまい、結合効率のよい平行ビ
ームを照射することができないという問題がある。

【０００７】このような問題を解決するため、特開平５
−１１１３７号公報に開示された光ファイバコリメータ
が提案されている。

【０００８】この光ファイバコリメータによれば、光学
レンズと光ファイバとの間にスペーサを配置し、弾性部
材により光ファイバを光学レンズに向かって押圧するよ
うになっており、熱膨張及び収縮による光学レンズの焦
点位置と光ファイバの先端面との位置ズレが、スペーサ
によって低減されるようになっている。

【０００９】またその他に、特開昭５９−１５２０６号
公報に温度変化による構成部材間の距離変動を減少させ
る例が示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光ファイバコリメータでは、熱膨張及び収縮に
よる変形を防止するため、保持部材であるホルダに熱膨
張係数の小さな部材を用いるには、特殊な部材を用いな
くてはならず高コストとなってしまうという問題があ
る。

【００１１】また、スペーサ及び弾性部材を用いた光フ
ァイバコリメータでは、光学レンズと光ファイバの先端
面との距離を長くすると、スペーサが長くなるため、熱
膨張による変形が大きくなり、位置ずれを低減すること
ができないという問題がある。

【００１２】さらに、スペーサ及び弾性部材が必要なた
め、部品点数が多くなると共に高コストとなってしまう
という問題がある。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑み、安定し
た結合効率を得ることができると共に信頼性を向上して
コストを低減した光ファイバコリメータを提供すること
を課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、光ファイバが固定されるフェルール
と、該フェルールから照射した光を平行ビームとする光
学レンズと、前記フェルールと前記光学レンズとを位置
合わせをした状態で保持する保持部材とを具備する光フ
ァイバコリメータにおいて、前記保持部材が、前記光学
レンズを保持する鏡筒と前記フェルールを保持するホル
ダとからなり、前記鏡筒と前記ホルダとが熱膨張係数の
異なる部材で形成され且つ前記光学レンズ及び前記フェ
ルールよりも軸方向の外側で当接するように接合されて
おり、前記ホルダと前記フェルールとの位置決め点と前
記ホルダと前記鏡筒との当接点との軸方向の距離Ｌ
_１と、前記鏡筒と前記光学レンズとの位置決め点と前記
当接点との距離Ｌ_２とした場合に、前記ホルダの熱膨張
係数α_１、前記鏡筒の熱膨張係数α_２、前記光学レンズ
の熱膨張係数α_３及び光学レンズの焦点距離ｆによって
表される下記式（１）を満たすように設定されているこ
とを特徴とする光ファイバコリメータ。

【００１５】Ｌ_１×α_１＝Ｌ_２×α_２＋ｆ×α_３（１）本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ホル
ダと前記フェルールとの位置決め点が、前記ホルダにお
ける、前記ホルダと前記鏡筒との当接点となる端部とは
反対側の端部であることを特徴とする光ファイバコリメ
ータにある。

【００１６】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記鏡筒と前記光学レンズとの位置決め点
が、前記鏡筒における、前記ホルダと前記鏡筒との当接
点となる端部とは反対側の端部であることを特徴とする
光ファイバコリメータにある。

【００１７】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記ホルダが前記フェルールの端部近
傍のみを保持することを特徴とする光ファイバコリメー
タにある。

【００１８】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記フェルールが前記ホルダ内に圧入
又は接着により固定されていることを特徴とする光ファ
イバコリメータにある。

【００１９】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記鏡筒の前記光学レンズを保持した
領域が前記ホルダ内に挿入され、前記ホルダと前記鏡筒
とが当該鏡筒の挿入されない領域で接合されていること
を特徴とする光ファイバコリメータにある。

【００２０】本発明の第７の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記ホルダの前記フェルールを保持し
た領域が前記鏡筒内に挿入され、前記鏡筒と前記ホルダ
とが当該ホルダの挿入されない領域で接合されているこ
とを特徴とする光ファイバコリメータにある。

【００２１】かかる本発明では、熱膨張及び収縮によっ
て光学レンズの焦点距離が変化しても、常に焦点位置に
光ファイバの先端面を配置することができる。これによ
り、安定した結合効率を得ることができると共に部品点
数を増やす必要や熱膨張率の低い材料を用いる必要が無
く、製造コストを低減することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施形態に基づ
いて詳細に説明する。

【００２３】（実施形態１）図１は、実施形態１に係る
光ファイバコリメータの断面図である。

【００２４】図１に示すように、本実施形態の光ファイ
バコリメータ１０は、光ファイバ１の先端部が挿入保持
されたフェルール２０と、光学レンズ部品３０とがホル
ダ４０に保持されている。

【００２５】フェルール２０は、ジルコニア等のセラミ
ックス材料や、ガラス材料等からなり、軸方向に亘って
光ファイバ挿入孔２１が設けられており、この光ファイ
バ挿入孔２１内には光ファイバ１の先端部が接着剤等に
より接合されている。

【００２６】また、光ファイバ挿入孔２１の後端部側に
は、その内径が後端に向かって漸大するテーパ部２２が
設けられている。このテーパ部２２は、光ファイバ１の
先端を光ファイバ挿入孔２１の後端側から挿入し易くす
ると共に挿入時に光ファイバ１の先端がフェルール２０
の後端面に当接して傷や折れが発生するのを防止してい
る。

【００２７】さらに、光ファイバ挿入孔２１に保持され
た光ファイバ１と面一となるフェルールの先端面２３
は、軸と直交する面に対して所定角度傾斜するように設
けられており、これにより、光ファイバ１から出射した
光が光ファイバ１の先端面に反射される量を減少させて
低反射率となるようにしている。

【００２８】このようなフェルール２０を保持するホル
ダ４０は、軸方向に貫通した貫通孔４１が設けられた筒
形状を有し、この貫通孔４１の一端部側がフェルール２
０の挿入保持される小径のフェルール挿入孔４２とな
り、他端部側がフェルール挿入孔４２よりも大径で光学
レンズ部品３０の一部が挿入される光学レンズ部品挿入
孔４３となっている。

【００２９】このフェルール挿入孔４２に、フェルール
２０の後端部側が圧入又は接着剤等を介して固定されて
いる。

【００３０】なお、このようなホルダ４０は、例えば、
ステンレス等の金属によって形成されている。

【００３１】このようなフェルール２０を保持したホル
ダ４０の先端面には、フェルール２０の先端面と所定の
クリアランスで配置されて、光ファイバ１の先端から出
射した光を平行ビームとする光学レンズ部品３０が設け
られている。

【００３２】この光学レンズ部品３０は、光ファイバ１
の先端から出射した光を平行ビームとする非球面のレン
ズ、ＧＲＩＮレンズや複数のレンズからなるレンズ群な
どからなる光学レンズ３１と、軸方向に亘って貫通して
設けられて光学レンズ３１を保持する光学レンズ挿入孔
３３の設けられた円筒形状を有する鏡筒３２とを具備す
る。

【００３３】鏡筒３２は、ホルダ４０の光学レンズ部品
挿入孔４３の内径よりも若干小さな外径を有し、基端部
側には円周方向に亘って光学レンズ部品挿入孔４３より
も大きな外径を有するフランジ部３４が設けられてい
る。

【００３４】なお、鏡筒３２は、ホルダ４０と熱膨張係
数の異なる部材で形成されており、例えば、ステンレス
等の金属によって形成されている。

【００３５】このような光学レンズ部品３０とホルダ４
０とは、ホルダ４０の光学レンズ部品挿入孔４３に鏡筒
３２を所定のクリアランスが形成されるように挿入し、
ホルダ４０の先端面に鏡筒３２のフランジ部３４を当接
させ、フランジ部３４とホルダ４０との外周面の境界を
例えば、ＹＡＧレーザ等の溶接により接合することで固
定されている。

【００３６】このように構成される光ファイバコリメー
タ１０は、フェルール２０をホルダ４０内に固定する軸
方向の位置と、光学レンズ部品３０をホルダ４０の先端
面に固定する軸と直交する方向との位置とが、例えば、
光結合器等に互いに光接続するように搭載された際など
に、相対向する光ファイバコリメータ１０の光学レンズ
３１間の距離などから、光結合効率が最大となるように
位置決めして固定されている。

【００３７】本実施形態では、ホルダ４０に位置決め固
定されたフェルール２０は、その後端面がホルダ４０の
一端面と面一となるように固定されている。

【００３８】このような光ファイバコリメータ１０は、
環境温度によって各部材が熱膨張及び収縮してしまう。

【００３９】ここで、光学レンズ部品３０に搭載された
光学レンズ３１の焦点距離ｆは、光入射面の半径Ｒと比
例関係にあり、下記式（２）で表される。

【００４０】ｆ＝ｋ×Ｒ（２）このような光学レンズ３１は、熱膨張により変形するた
め、光入射面の半径Ｒの変形量は、光学レンズ３１の熱
膨張係数α_３、温度変化量ΔＴとすると下記式（３）で
表される。

【００４１】α_３×Ｒ×ΔＴ（３）光ファイバコリメータ１０の鏡筒３２とホルダ４０とが
反対方向に変形すると、光学レンズ３１と光ファイバ１
の先端面との位置ズレΔＬは、光学レンズ３１の焦点距
離ｆの変形量も考慮すると下記式（４）で表される。

【００４２】 ΔＬ＝Ｌ_１×α_１×ΔＴ−Ｌ_２×α_２×ΔＴ−ｆ×α_３×ΔＴ（４）このようなことから、光学レンズ３１と光ファイバ１の
先端面との相対的な位置が熱膨張及び収縮による変形で
位置ズレが生じないようにするには、ホルダ４０と鏡筒
３２との当接する面を当接点とすると、ホルダ４０とフ
ェルール２０との位置決め点と当接点との軸方向の距離
Ｌ_１、鏡筒３２と光学レンズ３１との位置決め点と当接
点との軸方向の距離Ｌ_２とした場合に、光学レンズ３１
の焦点距離ｆ、ホルダ４０の熱膨張係数α_１、鏡筒３２
の熱膨張係数α_２、光学レンズ３１の熱膨張係数α_３と
すると、下記式（１）を満たすようにＬ_１及びＬ_２は設
定されている。

【００４３】Ｌ_１×α_１＝Ｌ_２×α_２＋ｆ×α_３（１）なお、本実施形態では、ホルダ４０とフェルール２０と
の位置決め点及び鏡筒３２と光学レンズ３１との位置決
め点は、ホルダ４０と鏡筒３２との当接点から離れた
側、つまり、ホルダ４０においては、ホルダ４０と鏡筒
３２との当接点となる端部とは反対側のフェルール２０
を保持した端部であり、鏡筒３２においては、ホルダ４
０と鏡筒３２との当接点となる端部とは反対側の光学レ
ンズ３１を保持した端部となっている。

【００４４】本実施形態の光ファイバコリメータ１０で
は、フェルール２０がホルダ４０にその一端面が面一と
なるように保持され、ホルダ４０と鏡筒３２との当接点
が、ホルダ４０の他端面となるため、ホルダ４０とフェ
ルール２０との位置決め点と当接点との距離Ｌ_１は、ホ
ルダ４０の軸方向の長さとなっている。

【００４５】ここで、例えば、ホルダ４０を熱膨張係数
α_１が１０３×１０^−７（１／℃）のステンレスで形成
し、鏡筒３２を熱膨張係数α_２が１７３×１０^−７（１
／℃）のステンレスで形成し、光学レンズ３１の熱膨張
係数α_３を８８×１０^−７（１／℃）とし、光学レンズ
の焦点距離ｆを４．０２（ｍｍ）とすると、上記式
（１）を満たすホルダ４０の全長Ｌ_１が８（ｍｍ）、鏡
筒３２の距離Ｌ_２が２．７２（ｍｍ）となる。

【００４６】このような上記式（１）を満たす光ファイ
バコリメータ１０とすることで、環境温度による熱膨張
及び熱収縮によって、光学レンズ３１の焦点距離と光フ
ァイバ１の先端面との位置ズレを防止して安定した結合
効率を得ることができる。

【００４７】また、ホルダ４０及び鏡筒３２に熱膨張係
数の小さな部材を用いる必要や部品点数を増やす必要が
無くコストを低減することができる。

【００４８】（実施形態２）図２は、本発明の実施形態
２に係る光ファイバコリメータの断面図である。なお、
上述した実施形態１と同様の部材には同様の符号を付し
て重複する説明は省略する。

【００４９】図２に示すように、光ファイバコリメータ
１０Ａは、フェルール２０と、光学レンズ部品３０Ａと
がホルダ４０Ａに固定されている。

【００５０】ホルダ４０Ａは、軸方向に亘ってフェルー
ル挿入孔４２のみ設けられた筒形状を有し、基端部側の
外周には円周方向に亘って突出したフランジ部４４が設
けられている。

【００５１】また、光学レンズ部品３０Ａは、光学レン
ズ３１と鏡筒３２Ａとからなり、鏡筒３２Ａは、ホルダ
４０Ａの先端側の外径よりも大きな内径を有し、且つ光
学レンズ３１が保持された光学レンズ挿入孔３３Ａが設
けられている。

【００５２】このようなホルダ４０Ａと光学レンズ部品
３０Ａとは、ホルダ４０Ａのフェルール２０を保持した
先端部側を、鏡筒３２Ａの光学レンズ挿入孔３３Ａ内に
挿入し、フランジ部４４を鏡筒３２Ａの一端面に当接
し、フランジ部４４と鏡筒３２Ａとの当接する外周面
を、例えばＹＡＧレーザ等の溶接により接合することで
固定されている。

【００５３】このような光ファイバコリメータ１０Ａと
しても、上記式（１）を満たす寸法で形成することで上
述した実施形態１と同様の効果を得ることができる。

【００５４】（他の実施形態）以上、本発明の実施形態
１及び２を説明したが、光ファイバコリメータの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。

【００５５】例えば、上述した実施形態１及び２では、
ホルダ４０、４０Ａとフェルール２０との位置決め点及
び鏡筒３２、３２Ａと光学レンズ３１との位置決め点
は、ホルダ４０、４０Ａと鏡筒３２との当接点から離れ
た側のフェルール２０及び光学レンズ３１をそれぞれ保
持した端部としたが、フェルール２０及び光学レンズ３
１を固定する固定方法及び接着剤等により、位置決め点
をフェルール及び光学レンズを保持した軸方向略中央と
してもよい。

【００５６】また、例えば、上述した実施形態１及び２
では、ホルダ４０、４０Ａは、光ファイバ１を保持した
フェルール２０のみを保持するようにしたが、これに限
定されず、例えば、ホルダの後端部側で、光ファイバの
外周に被覆を施した光ファイバ心線を接着剤等を介して
保持するようにしてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バコリメータは、熱膨張及び収縮による焦点位置の変化
に伴い、フェルール及び光学レンズをそれぞれ保持した
ホルダ及び鏡筒が、光学レンズの焦点位置に光ファイバ
の先端面を位置合わせするように変形することができ
る。これにより、安定した結合効率を得ることができる
と共に部品点数の増加及び高額な部品を用いる必要が無
くコストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る光ファイバコリメー
タの断面図である。

【図２】本発明の実施形態２に係る光ファイバコリメー
タの断面図である。

【図３】従来技術に係る光ファイバコリメータの断面図
である。

【符号の説明】

１光ファイバ１０、１０Ａ光ファイバコリメータ２０フェルール３０、３０Ａ光学レンズ部品３１光学レンズ３２、３２Ａ鏡筒４０、４０Ａホルダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中山浩光千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者宗兼正直千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者久保利哉千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 BA32 CA10 DA04 DA05 DA06 DA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバが固定されるフェルールと、
該フェルールから照射した光を平行ビームとする光学レ
ンズと、前記フェルールと前記光学レンズとを位置合わ
せをした状態で保持する保持部材とを具備する光ファイ
バコリメータにおいて、前記保持部材が、前記光学レンズを保持する鏡筒と前記
フェルールを保持するホルダとからなり、前記鏡筒と前
記ホルダとが熱膨張係数の異なる部材で形成され且つ前
記光学レンズ及び前記フェルールよりも軸方向の外側で
当接するように接合されており、前記ホルダと前記フェ
ルールとの位置決め点と前記ホルダと前記鏡筒との当接
点との軸方向の距離Ｌ_１と、前記鏡筒と前記光学レンズ
との位置決め点と前記当接点との距離Ｌ２とした場合
に、前記ホルダの熱膨張係数α_１、前記鏡筒の熱膨張係
数α_２、前記光学レンズの熱膨張係数α_３及び光学レン
ズの焦点距離ｆによって表される下記式（１）を満たす
ように設定されていることを特徴とする光ファイバコリ
メータ。Ｌ_１×α_１＝Ｌ_２×α_２＋ｆ×α_３（１）
【請求項２】請求項１記載の光ファイバコリメータに
おいて、前記ホルダと前記フェルールとの位置決め点
が、前記ホルダにおける、前記ホルダと前記鏡筒との当
接点となる端部とは反対側の端部であることを特徴とす
る光ファイバコリメータ。
【請求項３】請求項１又は２記載の光ファイバコリメ
ータにおいて、前記鏡筒と前記光学レンズとの位置決め
点が、前記鏡筒における、前記ホルダと前記鏡筒との当
接点となる端部とは反対側の端部であることを特徴とす
る光ファイバコリメータ。
【請求項４】請求項１〜３の何れか一項記載の光ファ
イバコリメータにおいて、前記ホルダが前記フェルール
の端部近傍のみを保持することを特徴とする光ファイバ
コリメータ。
【請求項５】請求項１〜４の何れか一項記載の光ファ
イバコリメータにおいて、前記フェルールが前記ホルダ
内に圧入又は接着により固定されていることを特徴とす
る光ファイバコリメータ。
【請求項６】請求項１〜５の何れか一項記載の光ファ
イバコリメータにおいて、前記鏡筒の前記光学レンズを
保持した領域が前記ホルダ内に挿入され、前記ホルダと
前記鏡筒とが当該鏡筒の挿入されない領域で接合されて
いることを特徴とする光ファイバコリメータ。
【請求項７】請求項１〜５の何れか一項記載の光ファ
イバコリメータにおいて、前記ホルダの前記フェルール
を保持した領域が前記鏡筒内に挿入され、前記鏡筒と前
記ホルダとが当該ホルダの挿入されない領域で接合され
ていることを特徴とする光ファイバコリメータ。