JP2006343417A

JP2006343417A - 光コリメータ

Info

Publication number: JP2006343417A
Application number: JP2005167064A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Harada; 伸一原田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】フェルールのガタがない、コリメート光の偏りのない安価な光コリメータを提供すること。
【解決手段】光ファイバ１が固定された円柱状のフェルール２と、該フェルール２から出射される光を平行光とする光学レンズ３と、該フェルール２と該光学レンズ３とを位置合わせした状態で保持する円筒状の保持部材４とを具備する光コリメータにおいて、前記保持部材４と前記フェルール２との間に軸方向に沿って貫通した割り溝５１を有する割りスリーブ５が嵌合されていることを特徴とする光コリメータ。
【選択図】図１

Description

この発明は、光ファイバから出射する光を平行光にしたり、平行光を集光して光ファイバに入射したりする光コリメータに関する。

指向性の高いレーザビームでも空中を伝搬させると伝搬距離に比例してビーム径が大きくなり、且つ減衰する。そこで、半導体レーザやファイバレーザ等の光源から出射される光を利用する光通信、レーザ加工、光計測・制御等においては、できるだけ光ファイバ内を伝搬させ、空中に出射させることを極力抑える必要がある。光源から出射される光を光ファイバ内で伝搬させ、必要に応じて空中に出射させるとき、あるいは、空中を伝搬する光を光ファイバに入射させるとき必要になるのが、光コリメータである。

これまで、様々な光コリメータが開発されてきたが、いずれも一長一短がある。図３は、従来の光コリメータの構成を示す断面図である。これは、光ファイバ１が固定されたフェルール（Ｆｅｒｒｕｌｅ）２と、フェルール２から出射される光を平行光とする光学レンズ３と、フェルール２と光学レンズ３とを位置合わせした状態で保持する円筒状保持部材４’とを備えている（特許文献１参照）。

保持部材４’の中心軸を光軸ＯＡとしたとき、光学レンズ３は、光軸ＯＡがレンズの光軸と一致するように接着剤７で保持部材４’の一方の端部に固定されている。フェルール２は、保持部材４’の他方の端部に光軸ＯＡ方向に摺動可能に嵌合され、フェルール２の出射端からレンズ３までの距離がレンズ３の焦点距離ｆと一致するように位置合わせされた後、保持部材４’の端面４１’とフェルール２の外周面が接着剤８で接着されている。

フェルール２の外周面と保持部材４’の内周面は通常切削加工されるが、通常の切削加工による加工精度ではフェルール２と保持部材４’との間の嵌合隙間１０が１０μｍ程度あり、保持部材４’の端面４１’とフェルール２の外周面を接着剤８で接着するだけでは、ガタが発生する。図４に示すように、ガタが発生して、例えば出射点ＰがδだけずれてＰ’になったとすると、レンズ３でコリメートされた光は光軸ＯＡとα（＝ｔａｎ^-1（δ／ｆ））の角度をなす方向に偏向する。たとえば、ｆ＝１０ｍｍのとき１０μｍのガタがあると、α＝０．０５７３°と見積もられ、光コリメータでコリメートされた平行光が空中を１０ｍ伝播すると、光軸ＯＡから平行光の中心が１０ｍｍもずれてしまう。すなわち、従来の光コリメータは、嵌合の隙間によるフェルールのガタにより、コリメート光が偏るという問題があった。空中を伝搬する光を光ファイバに入射させるときの光コリメータの場合は、光学レンズ３による集光点Ｐの位置にあった光ファイバ１の入射端がガタにより１０μｍもずれると、光ファイバのコア径が１０μｍ程度であるので、光ファイバに入射できなくなる。ガタを抑制するためにセットビス９で締め付けているが、締め付けるとそれによりコリメート光は依然として偏ってしまうという問題があった。顕微鏡等の結像光学系では像が結像されれば良いので光学部品のこの程度のガタはあまり問題にならないが、光コリメータでは、大きな問題である。

フェルール２の外周面と保持部材４’の内周面を研削加工することで嵌合の隙間を１〜２μｍ程度にすることができるが、研削加工のため加工コストが大幅に上昇するという問題があった。さらに、嵌合の隙間を１〜２μｍ程度、或いはそれ以下にするとガタはなくなるが、フェルール２を位置あわせするために保持部材４’の中に入れたり出したりすると、注射器のようなピストン効果でフェルール１、レンズ３、保持部材４’で形成される空間２０の内圧が変化し、位置合わせの調整が終わりフェルール２から手を離すと、フェルール２が動き出すため、セットビス９で締め付けるか、或いは別の固定治具等で固定しないと固定できない問題があった。
特開２００３−３２２７５５号公報

本発明は、上記の従来の光コリメータの問題に鑑みてなされたものであり、フェルールのガタがない、コリメート光の偏りのない安価な光コリメータを提供することを課題としている。

課題を解決するためになされた請求項１に係る発明は、光ファイバが固定された円柱状のフェルールと、該フェルールから出射される光を平行光とする光学レンズと、該フェルールと該光学レンズとを位置合わせした状態で保持する筒状の保持部材とを具備する光コリメータであって、前記保持部材と前記フェルールとの間に軸方向に沿って貫通した割り溝を有する割りスリーブが嵌合されていることを特徴としている。

フェルールを位置合わせするために割りスリーブの中を摺動させても、フェルール、割りスリーブ、レンズ、保持部材で形成される空間が割りスリーブの割り溝を介して外部とつながっているので、空間の圧力変化がなく、位置合わせの調整が終わりフェルールから手を離してもフェルールが動き出すことがない。したがって、割りスリーブが保持部材に嵌合される嵌合の隙間と、フェルールが割りスリーブに嵌合される嵌合の隙間と、を小さくすることができ、フェルールのガタを少なくすることができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光コリメータであって、前記割りスリーブが前記保持部材に嵌合される前記嵌合の隙間に高分子接着材を充填して硬化してなることを特徴としている。

割りスリーブが保持部材に嵌合される嵌合の隙間に高分子接着材が充填されているので、嵌合の隙間は皆無となり、割りスリーブと保持部材間のガタが皆無となる。また、フェルールには割りスリーブを介して接着剤の弾性反力が加わるので、フェルールと割りスリーブ間のガタがより一層少なくなり、フェルールのガタがより一層少なくなる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１或いは２に記載の光コリメータであって、前記割りスリーブの内径寸法が前記フェルールの外径寸法を越えないことを特徴としている。

フェルールが保持部材に嵌合された割りスリーブ内に割り溝を広げながら挿入されるので、フェルールには割りスリーブの締め付け力がかかると共に、割りスリーブを介して加わる接着剤の弾性反力が大きくなるので、フェルールと割りスリーブ間のガタが皆無になる。したがって、フェルールのガタが皆無となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の最良の実施形態に係る光コリメータの構成を示す断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

図示するように、本実施形態の光コリメータは、光ファイバ１の先端部が挿入保持された円柱状のフェルール２と、フェルール２を一端部に保持する円筒状の保持部材４と、保持部材４の他端部に保持される光学レンズ３とを具備する。

フェルール２には、光ファイバ心線１１の先端部の被覆を除去した光ファイバ１が挿入保持される光ファイバ挿入孔２１が設けられ、この光ファイバ挿入孔２１内には光ファイバ１が図示しない接着剤等により固着されている。

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。これにより、光ファイバ１の先端が、フェルール２の後端面に当接して傷や折れ等が発生するのを防止している。

フェルール２の材質としては、ジルコニア等のセラミックス材料や、ガラス材料、ステンレスやニッケル等の金属材料を挙げることができる。

フェルール２としては、たとえばジルコニア製で外径寸法がφ２．５００±０．００１ｍｍの市販品（住友商事マシネックス（株））を用いることができる。

保持部材４には、割りスリーブ５を嵌合する嵌合穴４１が設けられている。このような嵌合穴４１は、割りスリーブ５の外径より若干大きい内径を有している。保持部材４は、たとえばステンレス製で、嵌合穴４１は切削加工で形成され、内径寸法が割りスリーブ５の外径寸法より２０μｍ大きい。

保持部材４の嵌合穴４１の後端部には、軸方向に沿って貫通した割り溝５１を有する、たとえばセラミックス製の割りスリーブ５が嵌合されており、嵌合の隙間、すなわち１０μｍの空間は、たとえばエポキシ系５分硬化型接着剤で図２に示すように全周にわたって均一に充填硬化され接着層６を形成している。

保持部材４に嵌合され隙間が接着層６で充填されている割りスリーブ５は、たとえば、ジルコニア製で内径寸法が２．４９０ｍｍである。すなわち、割りスリーブ５の内径寸法は、中に挿入されるフェルール２の外径寸法より９〜１１μｍ小さい。したがって、フェルール２が割りスリーブ５の内径寸法を径方向に押し広げて挿入されることになる。その結果割りスリーブ５の外径寸法が増加するが、その増加分で接着層６が圧縮される。圧縮された接着層６と径方向に押し広げられた割りスリーブ５は元に戻ろうとしてフェルール２を締め付けるので、フェールール２のガタがなくなる。

保持部材４の前端部には光学レンズ４２を挿入保持する穴４２と凸部４３が設けられており、焦点距離ｆの光学レンズ３が凸部４３に押付けられ接着剤７で固定されている。

光コリメータの組み立て調節は次ぎのように行われる。まず割りスリーブ５の外周に接着剤を均一に塗布し、保持部材４の嵌合穴４１に挿入する。次ぎに、光学レンズ３を保持部材４の凸部４３に押付けて接着剤を塗布する。

接着剤が硬化した後、光（レーザー光）が結合したフェルール２を割りスリーブ５に押し込み、光学レンズ３から出射される光をモニターしながら押し込み量を調節する。押し込み量を調節するためフェルール２を軸方向に移動させても、フェルール２、割りスリーブ５、レンズ３、保持部材４で形成される空間が割りスリーブ５の割り溝５１を介して外部とつながっているので、空間の圧力変化がない。光学レンズ３から出射される光が平行光になったことを検出してフェルール２の移動を止めることで組み立て調節が終了する。これで、フェルール２には接着層６と割りスリーブ５の締め付け力が働き、空間からの圧力がかからないので、ガタが無いだけでなく軸方向に動くことも無いが、フェルール２と割スリーブ５のすみ部を接着剤等で固定すると良い。

最良の実施形態に係る光コリメータの構成を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。従来の光コリメータの構成を示す断面図である。ガタによるコリメート光の偏向を説明する図である。

符号の説明

１・・・・・・・・光ファイバ
２・・・・・・・・フェルール
３・・・・・・・・光学レンズ
４・・・・・・・・保持部材
５・・・・・・・・割りスリーブ
６・・・・・・・・接着剤（接着層）

Claims

光ファイバが固定された円柱状のフェルールと、該フェルールから出射される光を平行光とする光学レンズと、該フェルールと該光学レンズとを位置合わせした状態で保持する円筒状の保持部材とを具備する光コリメータにおいて、
前記保持部材と前記フェルールとの間に軸方向に沿って貫通した割り溝を有する割りスリーブが嵌合されていることを特徴とする光コリメータ。
前記割りスリーブが前記保持部材に嵌合される前記嵌合の隙間に高分子接着材を充填して硬化してなることを特徴とする請求項１に記載の光コリメータ。
前記割りスリーブの内径寸法が前記フェルールの外径寸法を越えないことを特徴とする請求項１或いは２に記載の光コリメータ。