JP2004037984A - 光学デバイスおよびその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】着脱可能なプラグを用いて光学デバイス本体に光ファイバーを接続し、レンズとフェルールの結合の効率と安定性と精度を良好にする。
【解決手段】コリメータブロック２の取付部３にプラグ８が着脱自在に取り付けられている。プラグ８では、先端にフェルール５が取り付けられた光ファイバ６が、ばね１７に付勢されてハウジング１６内に保持されている。筒状の取付部３の内部にはコイルばね９の一端が固定され、他端にコリメータレンズ７が保持されている。コイルばね９は、コリメータレンズ７の有効径の外側でこれを保持している。取付部３にプラグ８が取り付けられ雄ねじ部３ａと雌ねじ部１６ａが螺合されて、コイルばね９とばね１７が圧縮された状態で固定されている。コイルばね９によってコリメータレンズ７が付勢され、コリメータレンズ７とフェルール５とは互いに強く圧接している。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、他の光学部品と接続するための光ファイバを保持するプラグが取り付けられる、コリメータブロック等の光学デバイスとその組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバを用いた光通信において、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送や波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送を用いて大量の情報を伝達することが可能になってきている。それに伴って、光信号を解析し、伝達された大量の情報を処理するために、複雑な光学デバイスが必要になっている。例えば、波長分割多重伝送を行う場合には、光源や可変減衰器や光スイッチなどの様々な光学部品が組み込まれた複合デバイスが用いられる。
【０００３】
光学デバイスに対しては、光ファイバを介して様々な光学部品が接続される。従来、光ファイバによる接続で最も一般的なのは、いわゆるピグテール型接続である。これは、光学デバイス本体である筐体や基板に光ファイバを接続した後、その光ファイバを容易には取り外すことができないものである。
【０００４】
このピグテール型接続を採用した従来の光学デバイスの一例であるコリメータ１０１が、図６に示されている。このコリメータ１０１の本体をなす筐体であるコリメータブロック（光学デバイス本体）１０２は、互いに間隔をおいて対向する１対の挿入口１０３を有し、両挿入口１０３の間に、光学フィルタ等の様々な光学部品を配設可能な間隙１０４が存在する。そして、先端にフェルール１０５が取り付けられた光ファイバ１０６と、フェルール１０５の先に位置するコリメータレンズ１０７とを保持する接続部材１０８が、両挿入口１０３に挿入され、ＹＡＧ溶接等によりコリメータブロック１０２に固着されている。そして、両接続部材１０８の光ファイバ１０６の先端がコリメータレンズ１０７および間隙１０４を介して互いに対向しており、一方の光ファイバ１０６から他方の光ファイバ１０６に向かう光線が遮断されない構成になっている。
【０００５】
図６に示すコリメータ１０１のような、従来のピグテール型接続の光学デバイスでは、接続部材１０８を光学デバイス本体（コリメータブロック１０２）に接続して溶接した後は、接続部材１０８およびそれから延びる光ファイバ１０６は、溶接部を破壊しない限りコリメータブロック１０２から取り外しできない。従って、保管や運搬や他部材への接続や基板への実装など、このコリメータ１０１の取り扱いの全てを、両側部に長い光ファイバ１０６がつながった状態で行わなければならない。例えば、接続部材１０８をコリメータブロック１０２に取り付ける時や、コリメータブロック１０２の間隙１０４を塞ぐためにその上下に蓋を取り付ける時に、長い光ファイバ１０６が邪魔になって作業が行いづらいという問題がある。また、コリメータブロック１０２自体はごく小さい装置であっても、長い光ファイバ１０６の分だけ保管や梱包のためのスペースが大きくならざるを得ない。
【０００６】
図示しないが、この光ファイバ１０６の、コリメータブロック１０２と反対側の端部を他部材等に接続する作業を行う際には、多少なりとも光ファイバ１０６の長さに余裕が必要である。仮に、光ファイバ１０６が、コリメータブロック１０２と他部材とを直線的に結ぶ最短距離と同じ長さしか有していなければ、光ファイバ１０６を他部材に接続する際に撓ませたり引き回したりする余裕がないため、通常の機械的な接続方法は困難である。従って、通常は、光ファイバ１０６を最短距離よりも幾分長くしておき、これを撓ませたり引き回したりしながら、機械的に他部材に接続する。ただしそのために、接続後のコリメータ１０１においては、光ファイバ１０６の長さが余るので、コリメータ１０１と他部材との間に、この光ファイバ１０６の余分な部分を収容しておくスペースが必要になる。そのことが、コリメータ１０１および他部材を含む複合デバイス全体の大型化を招く要因となる。
【０００７】
また、コリメータブロック１０２または接続部材１０８の、光ファイバ１０６が引き出されている部分において、緊密に密封することが困難である。この部分における密封が不十分であると、コリメータブロック１０２内部の光学部品が湿気や埃などにより劣化するおそれがある。
【０００８】
以上、コリメータ１０１を例に挙げて説明したが、コリメータ１０１に限らずあらゆる光学デバイスにおいて、前記したのと同様な問題がある。
【０００９】
このような問題に鑑み、着脱自在なプラグを用いて光ファイバを光学デバイス本体に接続する構成が、特開平１１−３２６７０６号公報や特開２０００−３９５４０号公報に開示されている。これらの構成では、光学デバイス本体に、光ファイバを保持するプラグが着脱自在であるため、光ファイバおよびプラグを取り外した状態で、光学デバイス本体を保管したり運搬したり、溶接や実装等の作業を行うことができる。また、必要最小限の長さの光ファイバを、プラグを用いて必要時のみに光学デバイス本体に接続することができるため、余分なスペースが不要でコストが低減でき、溶接や実装等の様々な作業が簡単に行える。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した、着脱自在なプラグを用いて光ファイバを光学デバイス本体に接続する従来の構成では、通常、コリメータブロック（光学デバイス本体）にコリメータレンズが固定されており、このコリメータブロックに装着されるプラグのフェルールと対向して光軸が一致するように構成されている。しかし、コリメータレンズとフェルールとの間に間隔があいていると結合効率が悪くなる。そのため、例えばフィジカルコンタクトのようにコリメータレンズとフェルールを互いに直接接触させることにより、結合効率の向上が図られているが、このような結合を安定して行うことは、温度変化時の部材の伸縮による結合のずれ等により、困難である。
【００１１】
そこで本発明の目的は、着脱可能なプラグを用いて光学デバイス本体に光ファイバーを接続する構成において、レンズとフェルールとを直接接触させて高い結合効率を確保しつつ、結合の安定性と精度が良好である光学デバイスおよびその組立方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学デバイスは、光学デバイス本体に設けられている筒状の取付部と、取付部内に配置されているレンズと、光ファイバーおよび光ファイバーの先端に位置するフェルールを保持し、取付部に着脱可能なプラグと、プラグを取付部に固定する固定手段と、取付部内でレンズを保持し、レンズをフェルールに圧接させるようにプラグの装着位置に向けて付勢する弾性部材とを有することを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、弾性部材の弾性力によって、レンズをフェルールに対して強く圧接させることができ、結合の安定性と精度と効率が向上する。特に、各部品の寸法誤差や温度変化に伴う伸縮などを弾性部材により吸収することができ、レンズとフェルールが常に圧接状態に保たれ、良好な結合状態が維持できる。そして、必要に応じてプラグを取付部から取り外すことができるため、長い光ファイバが邪魔になることなく、様々な作業が容易に行え、保管や運搬のためのスペースがコンパクト化できる。
【００１４】
弾性部材は、コイルばねであってもよく、蛇腹状弾性体であってもよい。
【００１５】
プラグ内に、フェルールをレンズに圧接させるように取付部への装着方向に向けて付勢するプラグ側弾性部材をさらに有すると、レンズとフェルールとがより確実に互いに強く圧接する。
【００１６】
また、本発明のデバイスの組立方法は、光学デバイス本体に設けられている筒状の取付部に、光ファイバーおよび光ファイバーの先端に位置するフェルールを保持しているプラグを取り付けて、取付部内に弾性部材を介して配置されているレンズを、弾性部材の付勢力によってフェルールに対して圧接させる工程を含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
まず、本実施形態の光学デバイスであるコリメータ１の全体構成について、図１，２を参照して説明する。コリメータ１の本体をなす筐体であるコリメータブロック２（光学デバイス本体）が、互いに間隔をおいて対向する１対の取付部３と、その取付部３の内側にそれぞれ設けられているコリメータレンズ７とを有し、両コリメータレンズ７間には、光学フィルタ等の様々な光学部品（図示せず）を配設可能な間隙４が存在する。そして、先端にフェルール５が取り付けられた光ファイバ６を保持するプラグ８が、取付部３に着脱自在に取り付けられている。そして、図１に示すように、両プラグ８の光ファイバ６の先端がコリメータレンズ７や間隙４を介して対向して、一方の光ファイバ６から他方の光ファイバ６に向かう光線が遮断されない構成になっている。図示しないが、このコリメータ１は、実装基板等に取り付けられ、光ファイバ６が他の光学部品等に接続されて、複合デバイスを構成する。
【００１９】
プラグ８は、先端にフェルール５が取り付けられた光ファイバ６が、ハウジング１６に挿入されて、ばね（プラグ側弾性部材）１７により付勢されつつ、限られた範囲内で進退可能に保持されている構成である。ハウジング１６の先端には、後述する取付部３の外周に形成された雄ねじ部（固定手段）３ａと螺合する雌ねじ部（固定手段）１６ａが形成されている。図面では省略されているが、光ファイバ６は、ハウジング１６の反対側で図示しない他部材に接続されるために長く延びている。
【００２０】
コリメータブロック２の取付部３について詳細に説明すると、図３に部分的に拡大して示すように、筒状の取付部３の内部にコイルばね（弾性部材）９の一端が固定されており、このコイルばね９の他端に、コリメータレンズ７が保持されている。コイルばね９は、コリメータレンズ７の有効径の外側においてコリメータレンズ７を保持するように、十分大きな径のコイル形状に形成されている。なお、一般的には、コリメータレンズ７の有効径はビーム径の２倍程度である。
【００２１】
このような取付部３にプラグ８が取り付けられ、雄ねじ部３ａと雌ねじ部１６ａが螺合されて、コイルばね９とばね１７がいずれも圧縮された状態で固定されている。したがって、コイルばね９の弾性力によってコリメータレンズ７が付勢され、ばね１７の弾性力によってフェルール５が付勢されて、コリメータレンズ７とフェルール５とは互いに強く圧接している。
【００２２】
次に、本実施形態において、コリメータ１の取付部３にプラグ８を取り付ける方法について、図４を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態では、図１，２に示すように、光学デバイス本体であるコリメータブロック２に、１対のコリメータレンズ７が間隙４を挟んで対向するように配設されている。このコリメータレンズ７の外周を覆うスリーブ状の取付部３がコリメータブロック２に溶接されて固定され、取付部３は外方に延出している。図２，４（ａ）に示す組立前の状態において、取付部３の外周に形成されている雄ねじ部３ａに、雌ねじ部１６ａを螺合させて、プラグ８を取付部３に固定する。これにより、図１，４（ｂ）に示すように、プラグ８に保持されている光ファイバ６の先端と、コリメータレンズ７および間隙４に配置されている図示しない光学部品と、さらにもう一方のコリメータレンズ７およびもう一方のプラグ８の光ファイバ６の先端とが、障害物なしに真っ直ぐに位置し、全ての光軸が一致する。このようにして、光の伝達が可能なコリメータ１としての使用可能状態になる。
【００２４】
この構成によると、前記した通り、コイルばね９とばね１７の弾性力によって、コリメータレンズ７とフェルール５とは互いに強く圧接しているため、安定して高精度かつ高効率の直接接触による結合がなされる。すなわち、コイルばね９によってコリメータレンズ７は矢印Ａ方向に、ばね１７によってフェルール５は矢印Ｂ方向に力を受け、互いに強い圧力をもって直接接触する。さらに、取付部３やプラグ８のハウジング１６の寸法誤差や、固定手段である雄ねじ部３ａおよび雌ねじ部１６ａの遊びや緩みや、温度変化に伴う各部品の伸縮などが生じても、各部品の寸法の誤差や変動をコイルばね９およびばね１７により吸収することによって、コリメータレンズ７とフェルール５の相対位置関係が変わらず、常に圧接状態に保たれ、良好な結合状態が維持できる。特に、近年では、このようなコリメータ１の使用環境が例えば−４０〜８５℃といった非常に幅広い温度範囲に亘る場合があるが、本発明を採用することにより、レンズとフェルールの光学的結合が大きな温度変化に伴う各部品の伸縮の影響を受けないことが、極めて効果的である。
【００２５】
なお、詳述しないが、この他に、コリメータ１の実装基板上への実装や、光ファイバ６の図示しない端部（プラグ８側と反対側の端部）の他部材への接続や、コリメータブロック２の間隙４内への光学部品の配設や、この間隙４を塞ぐための蓋の溶接などが行われる。これらの作業は、必要に応じて、雌ねじ部１６ａの雄ねじ部３ａとの螺合を解除して、プラグ８を取付部３から取り外した状態で行うことができる。また、コリメータ１を保管したり運搬したりする際にも、プラグ８を取付部３から取り外して、コリメータブロック２と、プラグ８および光ファイバ６とを分離して別々にして保管や運搬を行うことができる。それによって、様々な作業が、長い光ファイバ６が邪魔になることなく容易に行え、保管や運搬のためのスペースがコンパクト化できる。
【００２６】
次に、図５に示す取付部３の変形例について説明する。この変形例では、コイルばね９に代えて、合成樹脂からなる蛇腹状弾性体１０が用いられている。この蛇腹状弾性体１０も、コリメータレンズ７の有効径（通常はビーム径の約２倍）の外側においてコリメータレンズ７を保持し、コリメータレンズ７を付勢することによってフェルール５に対して強く圧接させ、両者の結合の精度および結合効率を安定して良好に保つことができる。この蛇腹状弾性体１０以外の構成については、第１の実施形態と全く同じであり、第１の実施形態と同様な効果が得られる。
【００２７】
弾性部材に関しては、前記したコイルばね９と蛇腹状弾性体１０に限られず、コリメータレンズ７をフェルール５に向けて付勢するものであれば、あらゆる構成の弾性部材を採用することができる。ただし、コリメータレンズ７の有効径の外側においてコリメータレンズ７を保持し、光路を覆うことのない形状でなければならない。そして、コイルばね９や蛇腹状弾性体１０などの弾性部材は、コリメータレンズ７に直接接触して保持する構成に限られず、レンズ表面を保護するための保護材を介してコリメータレンズ７を保持する構成であってもよい。
【００２８】
なお、本発明の光学デバイスは前記した実施形態のようなコリメータ１に限られず、本発明は、レンズを有する筐体（光学デバイス本体）に光ファイバが接続されるあらゆる光学デバイスに適用できる。もちろん、レンズはコリメータレンズ７に限らずあらゆる種類、形状、および用途のレンズであってよい。
【００２９】
プラグ８は、前記したような構成に限られず、ばね１７を持たず光ファイバ６が進退しない構成であってもよい。その場合、前記したコイルばね９や蛇腹状弾性体１０などの弾性部材によってレンズ７がフェルール５に圧接させられるため、レンズ７とフェルール５の直接接触による高効率結合は確保され、しかも、プラグ８の構成および製造工程の簡略化が可能で、低コスト化が図れる。プラグ８は着脱交換可能であり、大量生産されて汎用的に用いられるケーブルの一部を構成するものである場合があり、その場合、プラグ８が簡単かつ安価に製造できることは非常に有利である。また、プラグ８は、取付部３に対してねじ以外の固定手段を用いる方法（例えば嵌合やスナップフィットや外部取付部材による固定などの方法）で取り付けられる構成であってもよい。
【００３０】
また、取付部３は、前記した実施形態のように光学デバイス本体（コリメータブロック２）に取り付けられる構成に限られず、光学デバイス本体に一体的に形成されていてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によると、弾性部材の弾性力によって、レンズとフェルールとは互いに強く圧接しているため、安定して高精度かつ高効率の直接接触による結合がなされる。さらに、各部品の寸法誤差や固定手段の遊びまたは緩みや温度変化に伴う各部品の伸縮などを弾性部材により吸収することによって、レンズとフェルールが、常に圧接状態に保たれ、良好な結合状態が維持できる。特に、非常に幅広い温度範囲のもとで使用される可能性のある光学デバイスにおいて非常に効果的である。
【００３２】
さらに、光学デバイスの保管や運搬や様々な作業は、必要に応じてプラグを取付部から取り外した状態で行うことができるため、長い光ファイバが邪魔になることなく、容易に作業が行え、保管や運搬のためのスペースがコンパクト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコリメータの使用可能状態を示す断面図である。
【図２】本発明のコリメータのプラグを取り外した状態を示す断面図である。
【図３】本発明のコリメータの取付部を示す要部拡大断面図である。
【図４】（ａ）は本発明のコリメータのプラグ取付前の状態を示す拡大断面図、（ｂ）はそのプラグ取付状態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明のコリメータの取付部の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図６】（ａ）は従来のコリメータの斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　コリメータ（光学デバイス）
２　　　　　コリメータブロック（光学デバイス本体）
３　　　　　取付部
３ａ　　　　雄ねじ部（固定手段）
５　　　　　フェルール
６　　　　　光ファイバ
７　　　　　コリメータレンズ（レンズ）
８　　　　　プラグ
９　　　　　コイルばね（弾性部材）
１０　　　　蛇腹状弾性体（弾性部材）
１６　　　　ハウジング
１６ａ　　　雌ねじ部（固定手段）
１７　　　　ばね

Claims (5)

1. 光学デバイス本体に設けられている筒状の取付部と、
   前記取付部内に配置されているレンズと、
   光ファイバーおよび前記光ファイバーの先端に位置するフェルールを保持し、前記取付部に着脱可能なプラグと、
   前記プラグを前記取付部に固定する固定手段と、
   前記取付部内で前記レンズを保持し、前記レンズを前記フェルールに圧接させるように前記プラグの装着位置に向けて付勢する弾性部材とを有する光学デバイス。
2. 前記弾性部材がコイルばねである、請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記弾性部材が蛇腹状弾性体である、請求項１に記載の光学デバイス。
4. 前記プラグ内に、前記フェルールを前記レンズに圧接させるように前記取付部への装着方向に向けて付勢するプラグ側弾性部材を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
5. 光学デバイス本体に設けられている筒状の取付部に、光ファイバーおよび前記光ファイバーの先端に位置するフェルールを保持しているプラグを取り付けて、前記取付部内に弾性部材を介して配置されているレンズを、前記弾性部材の付勢力によって前記フェルールに対して圧接させる工程を含む光学デバイスの組立方法。

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