JP2010169935A - レーザ光送出ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】シャシーの構造に制約を伴うことなくレーザ光軸の調整が容易に行えるようにしたレーザ光送出ユニットを提供すること。
【解決手段】レーザダイオード３２とレンズ１３を用いたレーザ光送出ユニットＬにおいて、レンズ１３の光軸に対するレーザダイオード３２の垂直方向の位置で決まるレーザ光軸の調整を、上側では六角穴付きネジ２３による位置決めで行ない、下側ではバネ部材２４の押圧力による位置決めで行なうようにし、レーザ光軸の調整が上側だけで行えるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザ光源とレンズを用いてレーザビームを出射するユニットに係り、特に光通信の送信側で使用されるレーザ光送出ユニットに関する。

光通信は、周知のように、信号伝送用の搬送媒体として光を用いた通信方法で、このとき、特にレーザ光が用いられるのは、収束性が極めてよいというレーザ光特有の性質が充分に活かせるからで、この結果、見通し間に送信側の発光ユニットと受信側の受光ユニットを対峙させた場合でも伝送経路の存在が見破られてしまう虞が少なく、極めて高い秘匿性が保持でき、妨害波による影響もほとんど受けることなく、伝送距離の増加に容易に対応できるからである。

そこで、以下、このようなレーザ光を用いた光通信システムにおいて、送信側の発光部として従来から用いられているレーザ光送出ユニットについて説明する。
まず、図１９と図２０は、このような従来技術によるレーザ光送出ユニットの一例で、このとき図１９はレーザ光学部Ｌを収容したシャシーＣの斜視図、そして図２０はシャシーＣの上蓋を外した場合の斜視図であり、この場合、ユニットは、図示のようにレーザ光学部ＬとシャシーＣに大別され、ケースを兼ねたシャシーＣの中にレーザ光学部Ｌを収容して使用する。
なお、ここではシャシーＣが箱形の場合が示されているが、円筒形のケースの場合もあり、従って、特に形状に意味があるわけではない。ここで、シャシーとは(Chasses)の訳語で、シャーシとも呼ばれるものである。

次に、図１４はレーザ光学部Ｌをレーザ送出側上部からみた斜視図で、図１５は同じく下部からみた斜視図、図１６は上部からみた分解斜視図、図１７は側面図とその断面図、図１８は側面分解図とその断面図であり、従って、このレーザ光学部Ｌは、特に図１８から明らかなように、レンズホルダ部１とホルダ挿入部２、それにレーザ部３に分けて構成され、これらが図１７に示すように、ホルダ挿入部２はレンズホルダ部１に挿入され、レーザ３部はホルダ挿入部２に保持されていることになる。

このレーザ光学部Ｌは、レーザ光源としてレーザダイオードを使用し、レーザパターン(レーザの拡がり形状)形成用のレンズにより所望のパターンのレーザビームが得られるようにしたもので、まず、レンズホルダ部１は、図１８では右側になっている一方の端部１１の内側が正しい円筒形に作られた略筒状の部材１０で、図では左側の他方の端部１２にはコリメーター用のレンズ１３が保持されている。このとき端部１１にはガイド用のスリット１４と２個の雌ねじ孔１５が形成してあり、このとき雌ねじ孔１５は、望ましくは９０度近く離して設けられ、図示してないが、各々には六角穴付きネジがねじ込み挿入される。
そして、部材１０の略中央部の外側にはフランジ１６が形成してあり、これには取付用の孔１７が設けられており、これにより図１９と図２０に示されているように、レーザ光学部ＬがシャシーＣに取付けられるようにしてある。

次に、ホルダ挿入部２は、同じく図１８に示されているように、略円筒状の部材２０で作られ、図１７に示されているように、その一方がレンズホルダ部１の端部１１の中に所定の寸法のクリアランスを保ちながら、ほとんど隙間なく挿入され、相互にスムースにがたつくことなく移動できるように成形されている。このとき、部材２０にはガイドピン部材２１が設けられ、これがレンズホルダ部１の端部１１にあるスリット１４に入り込むことにより、相互回動が抑えられるようにしてある。
そして、この部材２０の他方の近傍には、中央に孔のある隔壁部２２が内部に形成してあり、更に、この隔壁部２２の右側の周辺部には４個の雌ねじ孔が等しい角度で離して設けられ、これらに六角穴付きネジ２３が、図示のように、ねじ込み挿入されている。従って、この場合、六角穴付きネジ２３は相互に９０度の角度を保って配置されていることになる。

また、レーザ部３は、略円板状の部材３０を本体とし、この部材３０の、図１８では左側になっている方の面の中央部に、中心に孔を有する円錐形の突起部３１を形成したもので、この突起部３２の孔にレーザダイオード３２が挿入され、この結果、レーザダイオード３２を発光させることにより、突起部３１の中心軸に沿って、図の左方向にレーザ光が放射されることになる。そして、この部材３０の他方の面に回路基板３３が取付けられ、この回路基板３３にレーザダイオード３２が取付けられ、この結果、部材３０に対するレーザダイオード３２の保持が得られることになる。

そして、これらレンズホルダ部１とホルダ挿入部２、それにレーザ部３は、図１７に示すように組み合わされる。
まず、レーザ部３は、突起部３１がホルダ挿入部２の部材２０の中に入れられ、隔壁部２２に接して位置決めされた後、４本の六角穴付きネジ２３を締め込むことによりホルダ挿入部２に保持される。このとき４本の六角穴付きネジ２３は突起部３１の円錐部分を上下と左右から押すので、円錐部分の中心軸方向に分力が発生し、これにより突起部３１が隔壁部２２に強く押し付けられ、この結果、レーザ部３をホルダ挿入部２に強固に保持させることができる。

次に、ホルダ挿入部２は、図１７に示すように、レンズホルダ部１の端部１１から光軸方向に沿ってレンズホルダ部１の中に挿入される。そして、任意の位置で雌ねじ孔１５に挿入してある六角穴付きネジを締めることにより、所定の位置に保持される。
このとき、スリット１４とガイドピン部材２１の働きにより相互に回動するのが抑えられているので、回動方向での位置合わせが狂う虞はない。
しかも、部材２０には、外径が他の部分より僅かに小さくしてある部分２０ａが形成してあるので、レンズホルダ部１の端部１１の中に挿入されたとき、特に図１７の下の図から明らかなように、相互に接触している部分の面積が少なくされ、より一層、スムーズな動きが得られることになる。

また、このとき、雌ねじ孔１５に挿入してある六角穴付きネジは、その先端部が部材２０の外径が他の部分より僅かに小さくしてある部分２０ａにおいてだけ当接するように、雌ねじ孔１５の位置が決められている。
このため、雌ねじ孔１５に挿入してある六角穴付きネジを締め付けたとき、その先端部は、部材２０の外周面でレンズホルダ部１の端部１１の内周面に接触する部分には当接せず、従って、この部分に微細な金属めくれが発生する虞がなく、スムースな移動が永く確保されることになる。

ところで、レーザ光を用いた伝送方式の場合、送信側のレーザ光送出ユニットは、いうまでもなく受信側のレーザ光受信ユニットとペア(対)になって使用される。
従って、データ伝送が遠距離にわたって正しく行えるようにするためには、レーザ光を正確にレーザ光受信ユニットに送信する必要があり、このため、レーザ光送出ユニットから送信されるレーザ光の光軸角誤差を極力小さな値に抑え、しかも遠距離になればなるほど誤差が少なくなるようにしなければならない。

従って、通常、レーザ光送出ユニットに基準となる部分を設定し、この部分に対してレーザ光学部の光軸を合わせておくのが一般的であり、こうすれば、レーザ光送出ユニットを実際に据え付ける際、レーザ光送出ユニットの基準となる部分を据付け相手の台座などに位置決めするだけでレーザ光の光軸設定が正確に得られることになる。
このときレーザ光送出ユニットは、通常、図１９に示したように、レーザ光学部ＬをシャシーＣの中に収容して使用される。そこで、上記した基準となる部分としては、シャシーＣの取付台座Ｄが選ばれるのが一般的で、その取付面を基準面として設定するのが通例である。

そして、この場合、レーザ光学部Ｌの光軸が基準面に正しく平行になるようにしてシャシーＣの中に取り付ける必要があるが、しかし、レーザ光学部Ｌは、各部の加工誤差や仕様に対する公差などにより、最終的に部品を組み立てただけでは必要な精度が得られない場合が多く、往々にしてレーザ光軸は平行にならない。
そこで、レーザ光学部Ｌは、それをシャシーＣの中に取り付けた後でレーザ光軸の調整が行えるように構成されており、それが、内部に隔壁部２２を備え、六角穴付きネジ２３をもった部材２０と、円錐形の突起部３１を備えた部材３０の組み合わせにより与えられるようになっている。

このためシャシーＣには、図２０に示されているように、その取付台座Ｄを下にしたとき左右の側板となる部分と、図には現れていないが、底面になる部分に、それぞれ孔４０が設けてあり、レーザ光学部Ｌを中に取り付けたとき、孔４０の各々が六角穴付きネジ２３に対向した位置になるようにしてある。
そして、これらの孔４０は、図１９に示すように、ネジ５１により塞がれていて、必要なとき開けられるようになっている。
このときシャシーＣには、図２０に示されているように、レーザ出力増幅回路などの回路基板４２が組み込まれる場合が多い。

そこで、レーザ光軸を調整するときには、図２０に示すように、シャシーＣから上蓋を取り外して内部を開放させ、ネジ５１をシャシーＣから取り外す。そして、シャシーＣの上部と孔４０の各々から六角レンチＷを挿入し、六角穴付きネジ２３に嵌合させ、六角穴付きネジ２３を回して緩めたり締め込んだりしてやれば、レーザ部３がホルダ挿入部２に対して上下と左右に任意に変位され、この結果、レーザ光軸が調整されることになる。

まず、レーザ光軸が上下にずれていた場合は、上側と下側の六角穴付きネジ２３に六角レンチＷを嵌合させる。そして、上側の六角穴付きネジ２３を緩め、下側の六角穴付きネジ２３を締め込んでやれば、レーザ光軸が上方向に平行移動し、反対に下側の六角穴付きネジ２３を緩め、上側の六角穴付きネジ２３を締め込んでやれば、レーザ光軸が下方向に平行移動するので、それぞれ正しい光軸に合わせることができる。

また、レーザ光軸が左右にずれていた場合は、左側と右側の六角穴付きネジ２３に六角レンチＷを嵌合させる。そして、左側の六角穴付きネジ２３を緩め、右側の六角穴付きネジ２３を締め込んでやれば、レーザ光軸が左方向に平行移動し、反対に下側の六角穴付きネジ２３を緩め、上側の六角穴付きネジ２３を締め込んでやれば、レーザ光軸は下方向に平行移動するので、それぞれ正しい光軸に合わせることができる。
この後の位置決めについては、締め付けた方の六角穴付きネジ２３を六角レンチＷで固定したまま、緩めた方の六角穴付きネジ２３を六角レンチＷで締め付けてやればよい。なお、このことは上下左右で同じである。

ところで、このようなレーザ光によるデータ伝送方式においては、レーザ光を到達させる距離及び範囲に応じてレーザパターンを決定する必要があり、この場合、焦点距離の調整を要する。
この焦点距離は、理論的には机上シミュレーションにより算出可能であるが、しかし、この場合も各部の加工誤差や仕様に対する公差などにより、往々にして理論通りにはならないので、実際には焦点距離も調整する必要があるが、従来技術によるレーザ光送出ユニットによれば、上記したレーザ光軸の調整だけではなく、焦点距離の調整、つまりレンズ１３とレーザダイオード３２の間の距離の調整にも対応が可能になっている。

そこで、以下、この焦点距離の調整について説明する。
この場合、まず、雌ねじ孔１５にねじ込まれている六角穴付きネジを緩め、レンズホルダ部１に対してホルダ挿入部２が光軸方向に動けるようにし、焦点距離を調整する。
このとき、既に説明したように、ホルダ挿入部２には外径が他の部分より僅かに小さくしてある部分２０ａが形成してあり、六角穴付きネジの先端部は、この部分２０ａの中に当接するようにしてあるので、ホルダ挿入部２の移動範囲は部分２０ａの領域内に規制され、かつ、スリット１４とガイドピン部材２１にも規制され、この結果、余分な範囲に移動するのが抑えられ、調整が容易になる。

そして、まず、焦点距離を伸すには、六角穴付きネジを緩めた後、ホルダ挿入部２を、レンズホルダ部１から離れる方向(図１７では右方向)に動かし、その後、六角穴付きネジを締め付けて位置を固定する。
また、反対に焦点距離を縮める場合には、六角穴付きネジを緩めた後、ホルダ挿入部２を、レンズホルダ部１に近づく方向(図１７では左方向)に動かし、その後、六角穴付きネジを締め付けて位置を固定するのである。

この焦点距離の調整は、上記したレーザ光軸の調整とは異なり、レーザ光学部Ｌ単体の状態で行ってもよい。しかし、レーザ光学部Ｌは、通常、シャシーＣの中に収容して使用される。そこで、この後でレーザ光軸と一緒に調整作業をするのが一般的である。
このとき、焦点距離の調整については、シャシーＣから上蓋を外しただけで行える。しかし、レーザ光軸の調整は、図２０に示すように、シャシーＣの四方から上下方向と左右方向について行う必要があり、このため左右の側板となる部分と底面になる部分に、それぞれ孔４０が設けられているのである。このとき、上側はシャシーＣから上蓋を外せば済む。

なお、このようなレーザ光送出ユニットの先行技術については、例えば特許文献１の開示を挙げることができる。

特開２００１−４１６８９号公報

上記従来技術には、以下の問題点がある。
まず、従来技術の場合、レーザ光軸の調整には、シャシーの上方向と下方向及び左方向と右方向の四方に調整用の孔(開口部)を設け、それらの孔から六角レンチが挿入できるようにしておく必要があり、このため、シャシー自体の形状と内部の部品配置に制約が生じてしまう。
このことは、上記従来技術のように、箱形など単純な形状のシャシーの場合は、それほど問題にならないかも知れないが、しかし、形状が円筒であったり、シャシー内にユニットを斜めに組み込む必要があったときには、大きな制約になってしまう。

また、従来技術の場合、レーザ光軸の調整には、微妙なネジの締め付けや緩め方の操作が必要であるが、このとき従来技術では、六角レンチにより上下左右の四方向からの操作が必要になり、従って、かなり高度の熟練した技能が要求されてしまう。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、シャシーの構造に制約を伴うことなくレーザ光軸の調整が容易に行えるようにしたレーザ光送出ユニットを提供することにある。

上記目的は、レーザ光源とレンズを用いてレーザパターンを形成する方式のレーザ光送出ユニットにおいて、前記レンズの光軸に対する前記レーザ光源の垂直方向の位置で決まるレーザ光軸の調整を、上側ではネジ部材のネジ込みによる位置決めで行ない、下側ではバネ部材の押圧力による位置決めで行なうようにして達成される。

本発明によれば、レーザ光軸の調整にシャシーの下方からの操作が不要になるので、シャシーの下方には調整用の孔を設ける必要がなくなり、シャシーの造形と内部の部品配置に制約が生じる虞がないので、シャシーの造形と内部の部品配置に自由度が確保でき、この結果、レーザ光学部をシャシーに斜めに組み込む場合でも、制約を受ける虞がない。
また、この結果、レーザ光軸の上下方向の調整が上方からの作業だけで得られるので、熟練した技能を必要とせず、短時間で調整を済ますことができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ光学部をレーザ送出側上部からみた斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部をレーザ送出側下部からみた斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部をレーザ送出側上部からみた分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部をレーザ送出側下部からみた分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部の平面図と断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部の分解平面図と分解断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部の左側面図と断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部のレーザ光軸を上方向に調整した状態の平面図と断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部のレーザ光軸を下方向に調整した状態の平面図と断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部のレーザ光軸を下方向に調整し焦点距離を最小に調整した状態の平面図と断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部のレーザ光軸を中心に調整し焦点距離を最大に調整した状態の平面図と断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部をシャシーに組み込んだ状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ光学部をシャシーに組み込んだ状態で蓋部材を除いた場合を示す斜視図である。 従来技術によるレーザ光学部をレーザ送出側上部からみた斜視図である。 従来技術によるレーザ光学部を後方からみた斜視図である。 従来技術によるレーザ光学部をレーザ送出側の上部からみた分解斜視図である。 従来技術によるレーザ光学部の平面図と断面図である。 従来技術によるレーザ光学部の分解平面図と分解断面図である。 従来技術によるレーザ光学部をシャシーに組み込んだ状態を示す斜視図である。 従来技術によるレーザ光学部をシャシーに組み込んだ状態で蓋部材を除いた場合を示す斜視図である。

以下、本発明に係るレーザ光送出ユニットについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１〜図１３は、本発明の一実施の形態で、これらの図において、まず、符号２４は板バネ部材、符号２５は溝部、それに符号３４は第２の回路基板であり、その他、図１４〜図２０により説明した従来技術と同じ符号が付してある構成要素については、従来技術の場合と同じである。
まず、図１はレーザ光学部Ｌをレーザ送出側上部からみた斜視図(従来技術の図１４に対応)で、次に図２は下部からみた斜視図(従来技術の図１５に対応)で、図３は上部からみた分解斜視図(従来技術の図１５に対応)である。

次に、図４は下部からみた分解斜視図で、図５は平面図とその断面図(従来技術の図１７に対応)であり、図６は平面分解図とその断面図(従来技術の図１８に対応)である。
また、図７は左側面図とその断面図で、図８と図９及び図１０並びに図１１はそれぞれ平面図とその断面図である。
そして、図１２はレーザ光学部Ｌを収容したシャシーＣの斜視図(従来技術の図１９に対応)で、図１３はシャシーＣの上蓋を外した場合の斜視図(従来技術の図２０に対応)である。

ここで、まず、バネ部材２４は、特に図３〜図６から明らかなように、その先端部がレーザ部３の部材３０に形成してある円錐形の突起部３１の下側に当接するようにして、ホルダ挿入部２の部材２０の下側にネジ止めされているもので、このため、部材２０の下側には、溝部２５が形成してあり、これにバネ部材２４が収まるようにしてある。
また、このため従来技術では部材３０に上下左右から設けられている４本の六角穴付きネジ２３の中で下側にある六角穴付きネジ２３が、この実施形態においては省かれ、これに代えてバネ部材２４と溝部２５が設けられていることになる。

そして、このバネ部材２４は、その先端で突起部３１を下から押し、この突起部３１に対して、それを押し上げる方向の力が強く加えられるようにしてあり、このために必要な充分な弾性を備えたもので構成されており、この結果、従来技術において部材３０の下側にあった六角穴付きネジ２３がなくても、突起部３１の上下方向での位置決めが上側にある六角穴付きネジ２３だけで行えることになる。
なお、その他の構成については、従来技術の場合と同じであるから、ここでの説明は割愛する。

次に、この実施形態における光軸合わせについて説明する。
まず、レーザ光軸が上下にずれていた場合は、上側の六角穴付きネジ２３に六角レンチＷを嵌合させ、上側の六角穴付きネジ２３を回動させる。
このとき、上側の六角穴付きネジ２３を緩める方向に回動してやれば、レーザ部３はバネ部材２４の弾性力により上に動くので、レーザ光軸は上方向に平行に移動し、締め込んでやれば、レーザ部３はバネ部材２４の弾性力に抗して下に動くので、レーザ光軸は下方向に平行移動することになり、それぞれ正しい光軸に合わせることができる。

ここで、まず、図５は、レーザ光軸をレンズ１３の中心に合わせた場合の位置決め状態で、図８は、レーザ光軸をレンズ１３の中心軸から上に距離Δだけオブセットさせた場合の位置決め状態であり、更に図９は、レーザ光軸をレンズ１３の中心軸から下に距離Δだけオブセットさせた場合の位置決め状態である。
そこで、この後、必要に応じて上側の六角穴付きネジ２３に緩め止めを施してやれば、上下方向のレーザ光軸合わせ作業を完了させることができる。
なお、このときの緩め止めについては、例えばダブルナットやロックペイントの塗布などがある。

一方、レーザ光軸が左右にずれていた場合は、従来技術の場合と同じである。
すなわち、左側と右側の六角穴付きネジ２３に六角レンチＷを嵌合させ、左側の六角穴付きネジ２３を緩め、右側の六角穴付きネジ２３を締め込んでやれば、レーザ光軸が左方向に平行移動し、反対に右側の六角穴付きネジ２３を緩め、左側の六角穴付きネジ２３を締め込んでやれば、レーザ光軸は右方向に平行移動するので、それぞれ正しい光軸に合わせることができる。
この後の位置決めについては、締め付けた方の六角穴付きネジ２３を六角レンチＷで固定したまま、緩めた方の六角穴付きネジ２３を六角レンチＷで締め付けてやればよく、この場合、一応、緩め止めも得られるが、しかし、万全を期すなら、別途、緩め止めを施してやればよい。

そこで、この実施形態によれば、水平方向のレーザ光軸の調整にはシャシーＣの両側からそれぞれ六角レンチＷを挿入して同時に操作しなければならないが、垂直方向のレーザ光軸の調整には、図１３に示すように、シャシーＣの上側から六角レンチＷを挿入し、この上側の六角レンチＷを操作するというシャシーＣの片側だけの操作で済むことになり、従って、この実施形態によれば、シャシーＣの下方に調整用の孔を設ける必要がなく、レーザ光軸の上下方向の調整に熟練した技能を必要とせず、短時間で調整を済ますことができるなどの効果が得られるのである。

ところで、この実施形態では、以上に説明したレーザ光軸の調整のための構成を除き、その他の構成は従来技術の場合と同じで、このため焦点距離の調整も可能なことはいうまでもないが、この場合の操作については、既に従来技術の説明において記述した通りなので、ここでの説明は割愛し、このときの焦点距離の調整状態についてだけ、図に示す。
まず、図５は、焦点距離を標準状態にしたときで、次に図１０は、焦点距離を最小に調整した場合の状態であり、図１１は、焦点距離を最大に調整した場合の状態である。
従って、この実施形態によれは、レーザ光を到達させる距離及び範囲に応じてレーザパターンを調整することもできる。

１：レンズホルダ部
２：ホルダ挿入部
３：レーザ部
１０：略筒状の部材
１１：一方の端部
１２：他方の端部
１３：レンズ
１４：スリット(ガイド用のスリット)
１５：雌ねじ孔
１６：フランジ
１７：取付用の孔
２０：略円筒状の部材
２０ａ：外径が他の部分(部材２０)より僅かに小さくしてある部分
２１：ガイドピン部材
２２：中央に孔のある隔壁部
２３：六角穴付きネジ
２４：バネ部材
２５：溝部(部材２０の下側に形成した溝部)
３０：略円板状の部材
３１：中心に孔を有する円錐形の突起部
３２：レーザダイオード
３３：回路基板
３４：第２の回路基板
Ｌ：レーザ光学部
Ｃ：シャシー(シャーシ)
Ｄ：取付台座
Ｗ：六角レンチ

Claims (1)

1. レーザ光源とレンズを用いてレーザパターンを形成する方式のレーザ光送出ユニットにおいて、
   前記レンズの光軸に対する前記レーザ光源の垂直方向の位置で決まるレーザ光軸の調整を、上側ではネジ部材のネジ込みによる位置決めで行ない、下側ではバネ部材の押圧力による位置決めで行なうように構成したことを特徴とするレーザ光送出ユニット。

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