JP2004109194A - 光学部品の組み立て構造及びその組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光学部品のアライメントを容易に行うことができる光学部品の組み立て方法を提供すること
【解決手段】まず、各種の光学部品は円筒形状のホルダ３〜６にそれぞれ装着し、各ホルダの外周には中心軸に沿うガイド溝を形成する。一方、第１ベース治具１１を筒体１の一端に装着し、当該ガイド溝に嵌め合うガイドピン１０を筒体内に挿入する（ａ）。組み立ては第１ベース治具，ガイドピンを装着した状態で開口側から各ホルダ３〜６等を順に挿入して配列する（ｂ）。光軸回りの回転位置はガイド溝を基準に予め位置が決まっているので、各ホルダを単に装着することで自動的にアライメントする。なお、この後、開口に抑え治具を装着して押力を加え、各ホルダを定位置に抑え込み各部の固着を行う。次いで、筒体を反転するとともに、第１ベース治具を外し、上記と同様の手順で反対側の光学部品を組み立てる。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光アイソレータ，光サーキュレータ等の光学装置に組み立てる光学部品の組み立て構造及びその組み立て方法に関するもので、より具体的には、フィルタやプリズムなど複数の光学部品を光軸に関してそれぞれ所定に整列する組み立て構造の改良に関する。
【０００２】
【発明の背景】
光アイソレータ，光サーキュレータ等の光学装置にあっては、フィルタ，プリズム，波長板など各種の光学部品を配列して光学系に組み立てるが、そうした光学系では各光学部品は光軸に関してアライメントさせる調整が必要になる。係る調整作業は、多くの場合、光軸回りのアライメントを必要とし、光学部品の回転位置を適正に調整しなければならない。従って、組み立て時に行えることが好ましい。
【０００３】
光軸回りのアライメントには、各光学部品をそれぞれホルダに装着して配列する組み立て構造を採り、順に位置決めしていく調整方法が直接的である。すなわち、図１に示すように、光学部品はそれぞれホルダ９９，９８，…に装着する構成とし、光信号を実際に通した上で、該当光学部品（ホルダ９９）について光軸回りの回転位置を合わせる。
【０００４】
また、図２に示すように、基準平面となる定面８０を有する基台８１に光学部品を配列する組み立て構造が知られている。これでは各光学部品７９，７８，７７，…の形状寸法等を、定面８０（プラットフォーム）に対して予め所定に形成しておく。したがって、それら光学部品７９，…を定面８０に配置することで光軸回りの回転位置が合う。そこで、光軸と対面する位置，角度を合わせればよい。
【０００５】
ところが、そうした光学部品の組み立て構造にあっては、次のような問題がある。図１に示す従来例１では、各光学部品をそれぞれ順に調整していくので、当然ながら時間がかかり効率が悪い。
【０００６】
図２に示す従来例２では、光学系側の開口域と基台側の強度との関係に相反する不都合が生じる。つまり、光学系側の開口域を広く確保するにはプラットフォームである定面８０を薄く加工する必要があるので強度が低下する。逆に定面８０を厚く加工すると、光学系側の開口域が低減してしまう問題になる。また、定面８０の加工では薄く削るため、加工時に歪んでしまうことがあり、歩留まりが悪くコスト高になる。
【０００７】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、複数の光学部品のアライメントを容易に行うことができ、光学系側の開口域を広く確保できて強度，コスト面にも有利性がある光学部品の組み立て構造及びその組み立て方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る光学部品の組み立て構造では、フィルタやプリズムなど複数の光学部品を光軸に関してそれぞれ所定に整列する光学部品の組み立て構造であって、前記光学部品は外形を同一にしたホルダにそれぞれ装着し、各ホルダの外周には中心軸に沿うガイド溝を形成し、当該ガイド溝に嵌め合うガイドピンを配置した基台に、前記ホルダを順に配列して固定するように構成した。
【０００９】
また、前記ホルダは外形を円形とし、前記基台は筒体であり当該組み立ての完了後に光学装置の本体となる構成にするとよい。さらにまた、前記ホルダは側部に開口部を有するスペーサとし、当該開口部に他軸用ホルダを嵌め合わせ、前記他軸用ホルダには他軸でアライメントする光学部品を予め装着する構成にすることもできる。
【００１０】
一方、本発明に係る光学部品の組み立て方法では、フィルタやプリズムなど複数の光学部品を光軸に関してそれぞれ所定に整列する光学部品の組み立て方法であって、前記光学部品は外形を同一にしたホルダにそれぞれ装着する。そして、各ホルダの外周には中心軸に沿うガイド溝を形成しておき、当該ガイド溝に嵌め合うガイドピンを基台に配置し、当該基台に前記ホルダを順に配列して固定することである。
【００１１】
本発明では、各種の光学部品はそれぞれ対応するホルダに固定し、それらホのルダにはガイド溝を形成するので、基台への組み付けにはガイドピンを所定に配置した状態で各ホルダを単に装着すればよい。つまり、装着する際に、ホルダのガイド溝がガイドピンに嵌め合うので光軸回りの回転位置が決まり、組み立てが容易に行える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態において、光学部品の組み立て構造によるものは光アイソレータである。この光アイソレータは、本実施の形態では、トリマ部スペーサ２，ＰＢＳホルダ３，各種のフィルタホルダ４〜６，板バネ７など複数の光学部品を、後述する筒体（本体）に装着し、さらに中心軸に対して交差方向からトリマ用フィルタホルダ８を装着する構成になっている。なお、図３には本体である筒体の図示を省略し、その筒体に装着する各光学部品を分離させて示している。
【００１３】
これらトリマ用スペーサ２，各ホルダ３〜６，板バネ７は外形を円筒形状や円環形状とし、図４に示す筒体１に嵌め合う同一外径に形成する。そして、それぞれの外周には中心軸に沿うガイド溝９を形成する。
【００１４】
各ホルダ３〜６には光学部品の装着受け部を形成し、対応する光学部品を適切な位置，姿勢に支持する。つまり、光学部品の位置，姿勢は該当ホルダの装着受け部により適宜に設定でき、装着受け部の加工は該当ホルダの中心軸が光軸となり、光軸に関する回転位置はガイド溝９を基準とした相対位置に設定する。
【００１５】
また、トリマ用スペーサ２には側部に中心軸に交差する向きで開口部２０を形成し、当該開口部２０にトリマ用フィルタホルダ８を嵌め合わせ、挿入方向を軸にその回転を可能に支持する。
【００１６】
組み立ては、図４〜図６に示すように、ガイド溝９に嵌め合うガイドピン１０を配置し、これを案内にして各ホルダを配列していく方法を採る。そして、本実施の形態における光学系は、本体である筒体１の中央部にトリマ用フィルタが位置するとともに、入射側の端にもトリマ用フィルタを置く構成になっている。
【００１７】
そこでまず入射側の光学系の組み立てを行う。これには筒体１の出射側に第１ベース治具１１を装着し、第１ベース治具１１のフランジ側からガイドピン１０を装着する（図４の工程（ａ））。
【００１８】
第１ベース治具１１は、円板状のフランジ部の中央に円柱部１１０を有し、その円柱部１１０が筒体１内に嵌め合う。そして、円柱部１１０の長さが出射側の光学系の長さになっていて、当該円柱部１１０が支持のためのスペーサになる。円柱部１１０の外周には中心軸に沿う溝部を形成する。この溝部は、当該治具のフランジ部で孔部に連なり、この孔部からガイドピン１０を通すようになっている。したがって、第１ベース治具１１に装着したガイドピン１０は、筒体１の内周に沿う配置になる。
【００１９】
次に、各ホルダを入射側の開口から順に挿入し、入射側の光学系を配列する（図４の工程（ｂ））。ここでは、トリマ部スペーサ２，フィルタホルダ５，板バネ７，フィルタホルダ６，ＰＢＳホルダ３を順に挿入して配列する。このとき、各ホルダは、ガイドピン１０に対してガイド溝９が嵌め合うのでホルダの回転位置が定まる。したがって、各光学部品が所定の回転位置，姿勢に配列する。
【００２０】
そして、入射側の開口に第１抑え治具１２を装着する（図５の工程（ｃ））。第１抑え治具１２は、円板状のフランジ部の中央に円柱部１２０を有し、その円柱部１２０が筒体１内に嵌め合う構成を採る。そして、円柱部１２０の長さが入射側光学系に対して所定の長さになっていて、当該円柱部１２０が抑えのためのスペーサになる。この円柱部１２０の外周にも中心軸に沿う溝部を形成する。そして、この溝部は当該治具のフランジ部で孔部に連なり、第１ベース治具１１側から延びているガイドピン１０が溝部，孔部に通るようになっている。
【００２１】
すなわち、第１抑え治具１２を入射側の開口に装着することで、円柱部１２０の長さ設定により各ホルダの側に所定の押力が加わるようになっている。このため、板バネ７が所定に変位し、その反発力によって各ホルダが定位置に抑え込まれる。
【００２２】
この抑え状態において各ホルダを固着し、光学部品を定位置に固定する。固着には適宜な方法を採ればよい。例えば筒体１の側面の対応位置に作業孔を設けておき、当該作業孔から接着剤を充填したりレーザ溶接などを行うことにより実現できる。或いは、はんだ付けを行ってもよい。
【００２３】
この後、出射側の光学系の組み立てを行う。これは入射側での組み立てと同様であり、筒体１を反転させて第２ベース治具１３，第２抑え治具１４を用いることにより実行する。つまり、ガイドピン１０，第１ベース治具１１，第１抑え治具１２を取り外して筒体１を反転する。そして、入射側に第２ベース治具１３を装着し、この第２ベース治具１３のフランジ側からガイドピン１０を装着する（図５の工程（ｄ））。
【００２４】
第２ベース治具１３は、第１ベース治具１１と同様に構成すればよく、円柱部１３０の長さが入射側光学系に対して所定の長さになっており、当該円柱部１２０が支持のためのスペーサになる。
【００２５】
次に、各ホルダを出射側の開口から順に挿入し、出射側の光学系を配列する（図６の工程（ｅ））。ここでは、フィルタホルダ４，フィルタホルダ５，板バネ７，フィルタホルダ６，ＰＢＳホルダ３を順に挿入して配列する。このとき、各ホルダは、ガイドピン１０に対してガイド溝９が嵌め合うのでホルダの回転位置が定まる。したがって、各光学部品が所定の回転位置，姿勢に配列する。
【００２６】
次いで、出射側の開口に第２抑え治具１４を装着する（図６の工程（ｆ））。第２抑え治具１４も、第１抑え治具１２と同様に構成すればよく、円柱部１４０の長さが出射側光学系に対して所定の長さになっている。これにより、当該円柱部１４０が、抑えのためのスペーサになる。
【００２７】
ここでも第２抑え治具１４を出射側の開口に装着することで、円柱部１４０の長さ設定により各ホルダの側に所定の押力が加わるようになっている。このため、板バネ７が所定に変位し、出射側の光学系をなす各ホルダが定位置に抑え込まれる。そして、この抑え状態において各ホルダを固着し、光学部品を定位置に固定する。
【００２８】
次に、図７に示すように、ファイバ先端にコリメータを取り付けたポート１５を入力側，出力側それぞれにセットし、ｘ軸，ｙ軸に関してアライメントを調整する。
【００２９】
そして、トリマ用フィルタホルダ８，８を筒体１にセットし、これを適宜回転させて動かすことで、光軸と交差する他軸に関する光学部品のアライメントを調整する。この場合、トリマ用フィルタのアライメントを最終段階で調整でき、例えば波長特性をモニタして特定波長に対応する入射角に設定するなど適宜にアライメントすることが可能になり、光学系に対する各種の多様な設計要求に対応できる。
【００３０】
このように、各種の光学部品はそれぞれ対応するホルダに固定し、それらホルダにはガイド溝９を形成するので、本体である筒体１への組み付けにはガイドピン１０を所定に配置した状態で各ホルダを単に装着すればよい。そして、装着する際に、ホルダのガイド溝９がガイドピン１０に嵌め合うので光軸回りの回転位置が決まり、組み立てが容易に行える。
【００３１】
すなわち、光軸回りの回転位置はそれぞれホルダの加工時にガイド溝９を基準に位置が決まっていて、各ホルダを単に装着することで光軸回りはそのガイド溝９によって自動的にアライメントし、調整がいらない。よって、複数の光学部品のアライメントを容易に行うことができ、位置決めした状態で簡単に組み立てが行える。
【００３２】
この場合、各ホルダにはガイド溝９を形成するだけであり、ガイド溝９はピン部材が嵌め合う単なる溝部なので容易に加工できる。しかも、位置決めの基準部なので、断面サイズはごく小サイズでよく該当ホルダにおいて光学部品の装着受け部側に干渉しない。したがって、光学系側の開口域を広く確保できて強度，コスト面にも有利性がある。
【００３３】
また、円筒形状の筒体１内に円筒形状のホルダを装着して固定する構成なので、各ホルダの固定を完了した後には全体の剛性が高まり強度を確保できる。そして、筒体１は組み立ての治具になっていてるので、組み立て完了後には本体となる。よって、特別な治具がいらないのでコスト面で有利になる。
【００３４】
また、トリマ部スペーサ２に形成した開口部２０にトリマ用フィルタホルダ８を嵌め合わせ、当該開口部２０において挿入方向を軸にその回転を可能に支持するので、光軸と交差する他軸に関する光学部品のアライメントを調整することができる。その結果、光学系に対する各種の多様な設計要求に対応できる。
【００３５】
さらに、各ホルダの間に板バネ７を装着するとともに、抑え治具で抑えて所定に変位させるので、その反発力によって各ホルダが定位置に抑え込まれることになり、光軸方向での位置のズレ（誤差）を吸収できる。これにはコイルスプリングを使用する考えもあるが、コイルスプリングでは光軸回りに回転する方向でバネ力が作用し、ねじり力が発生するおそれがあるため板バネ７が好ましい。
【００３６】
なお、本発明にあっては、上述した第１の実施の形態の構成に限定されないことは言うまでもない。例えば、筒体１を扁平断面に形成してもよく、筒体１や各ホルダを形状変更するなど構成要素について適宜に変更が行えることはもちろんである。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る光学部品の組み立て構造では、光学部品を装着するホルダの外周に、中心軸に沿うガイド溝を形成し、当該ガイド溝に嵌め合うガイドピンを配置した基台に、ホルダを順に配列して固定するので、光軸回りの回転位置はそれぞれホルダの加工時にガイド溝を基準に位置が決まっていて、各ホルダを単に装着することで光軸回りはそのガイド溝によって自動的にアライメントし、調整がいらず複数の光学部品のアライメントを容易に行うことができ、位置決めした状態で簡単に組み立てが行える。
【００３８】
この場合、各ホルダにはガイド溝を形成するだけであり、ガイド溝はピン部材が嵌め合う単なる溝部なので容易に加工でき、位置決めの基準部なので断面サイズはごく小サイズでよく該当ホルダにおいて光学部品の装着受け部側に干渉しない。したがって、光学系側の開口域を広く確保できて強度，コスト面にも有利性がある。
【００３９】
また、円筒形状の基台（筒体）内に円筒形状のホルダを装着して固定する構成にすることで、各ホルダの固定を完了した後には全体の剛性が高まり強度を確保できる。このとき、筒体は組み立ての治具になっていて、組み立て完了後には本体となり、特別な治具がいらないのでコスト面で有利になる。
【００４０】
また、スペーサに形成した開口部に他軸用ホルダを嵌め合わせる構成にすることで、当該開口部において挿入方向を軸にその回転を可能に支持することができ、光軸と交差する他軸に関する光学部品のアライメントを調整することができ、その結果、光学系に対する各種の多様な設計要求に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学部品の組み立て調整方法を示す従来例１の斜視図である。
【図２】光学部品の組み立て調整方法を示す従来例２の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態を示す光学装置の斜視図である。
【図４】光学装置の製造工程（ａ），（ｂ）を順に示す側面図である。
【図５】光学装置の製造工程（ｃ），（ｄ）を順に示す側面図である。
【図６】光学装置の製造工程（ｅ），（ｆ）を順に示す側面図である。
【図７】光学装置の調整工程を示す側面図である。
【符号の説明】
１　筒体
２　トリマ部スペーサ
３　ＰＢＳホルダ
４，５，６　フィルタホルダ
７　板バネ
８　トリマ用フィルタホルダ
９　ガイド溝
１０　ガイドピン
１１　第１ベース治具
１２　第１抑え治具
１３　第２ベース治具
１４　第２抑え治具
１５　ポート
２０　開口部

Claims (4)

1. フィルタやプリズムなど複数の光学部品を光軸に関してそれぞれ所定に整列する光学部品の組み立て構造であって、
   前記光学部品は外形を同一にしたホルダにそれぞれ装着し、各ホルダの外周には中心軸に沿うガイド溝を形成し、当該ガイド溝に嵌め合うガイドピンを配置した基台に、前記ホルダを順に配列して固定するように構成したことを特徴とする光学部品の組み立て構造。
2. 前記ホルダは外形を円形とし、
   前記基台は筒体であり当該組み立ての完了後に光学装置の本体となることを特徴とする請求項１に記載の光学部品の組み立て構造。
3. 前記ホルダは側部に開口部を有するスペーサとし、当該開口部に他軸用ホルダを嵌め合わせ、前記他軸用ホルダには他軸でアライメントする光学部品を予め装着することを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品の組み立て構造。
4. フィルタやプリズムなど複数の光学部品を光軸に関してそれぞれ所定に整列する光学部品の組み立て方法であって、
   前記光学部品は外形を同一にしたホルダにそれぞれ装着し、
   各ホルダの外周には中心軸に沿うガイド溝を形成しておき、当該ガイド溝に嵌め合うガイドピンを基台に配置し、
   当該基台に前記ホルダを順に配列して固定することを特徴とする光学部品の組み立て方法。

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