JP2015011214A - Metallic casing for optical device, and optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光デバイス用の金属製筐体および光デバイスに関し、具体的には複数のコリメータが一つの端面に溶接される光デバイス用の金属製筐体と、その筐体を備えた光デバイスに関する。 The present invention relates to a metal casing for an optical device and an optical device, and more specifically, a metal casing for an optical device in which a plurality of collimators are welded to one end face, and an optical device including the casing. About.
光ファイバコリメータは、例えば円筒形のホルダの末端に光ファイバを樹脂で被膜した光ファイバ心線が取り付けられ、ホルダの先端内側にコリメートレンズを保持した構造を備えている。光ファイバはホルダ内部にて開口し、光ファイバコリメータは、その光ファイバの開口から出射した光をホルダの先端側から平行光として出射する。あるいは、ホルダの先端側から入射した平行光を光ファイバの開口端に結合させる。そして、その光ファイバコリメータを備えた光デバイスとしては、例えば、複数の光ファイバコリメータ間で光路を切り替える光スイッチや、一方の光ファイバからの出射した光の強度を減衰させた上で他方の光ファイバに結合させる光アッテネータなどがある。 The optical fiber collimator has a structure in which, for example, an optical fiber core wire in which an optical fiber is coated with a resin is attached to the end of a cylindrical holder, and a collimator lens is held inside the tip of the holder. The optical fiber is opened inside the holder, and the optical fiber collimator emits light emitted from the opening of the optical fiber as parallel light from the front end side of the holder. Or the parallel light which injected from the front end side of the holder is combined with the opening end of an optical fiber. As an optical device including the optical fiber collimator, for example, an optical switch that switches an optical path between a plurality of optical fiber collimators, or the other light after the intensity of light emitted from one optical fiber is attenuated. There is an optical attenuator coupled to the fiber.
ところで、光ファイバコリメータを備えた光デバイスでは、内部に光学部品を収納するための筐体を備え、その筐体の外側の端面に光ファイバコリメータが取り付けられている。そして筐体における一つの端面に複数の光ファイバコリメータが取り付けられた光デバイスもある(特許文献1参照)。 By the way, in an optical device provided with an optical fiber collimator, a housing for storing optical components is provided inside, and an optical fiber collimator is attached to an outer end face of the housing. There is also an optical device in which a plurality of optical fiber collimators are attached to one end face of a housing (see Patent Document 1).
図7に一つの端面12に複数の光ファイバコリメータ(32、33)が接続された光デバイス1の一例を示した。ここでは、プリズム50を用いて三つの光ファイバコリメータ(31〜33)から選択される所定の二つの光ファイバコリメータ間(31−32、31−33)で光路を切り替える光スイッチ1を示した。図7(A)は、三つの光ファイバコリメータ(31〜33)の配置を示す図であり、光スイッチ1を上方から見たときの平面図に相当する。(B)(C)は当該光スイッチ1を上方から見たときの透視図であり、筐体10の内部に形成される光ファイバコリメータ間(31−32、31−33)の光路(100、101)の状態を示している。
FIG. 7 shows an example of the
例示した光スイッチ1では、図7(A)に示したように、直方体形状の筐体10において、互いに対向する端面(11、12)に一対の光ファイバコリメータ(31、32)が同軸20に取り付けられているとともに、一方の端面12には、対となる光ファイバコリメータ(31、32)とは別の光ファイバコリメータ33も取り付けられている。ここで対向する一対の光ファイバコリメータ間(31−32)の軸20方向を前後方向として、光ファイバコリメータ31が一つだけ取り付けられている端面11の側を前方とすると、(B)に示したように、対向する光ファイバコリメータ間(31−32)には前後方向に直線的な当初の光路100が形成される。この例では、前方から後方に向かう光路100が形成されている。次に、(C)に示したように筐体10の外部からの駆動機構(図示せず)によってその当初の光路100にプリズム50を介在させると、その光路100が対角にある光ファイバコリメータ間(31−33)の光路101に切り替わる。
In the illustrated
一般的に、光デバイスでは、筐体の内外に配置されている各種光学部品のそれぞれが高い精度で位置合わせされている必要がある。したがって筐体の端面に光ファイバコリメータが取り付けられている光デバイスでは、筐体および光ファイバコリメータのホルダがともに堅牢で変形しにくい金属で構成されている場合が多い。そして光ファイバコリメータは、金属製のホルダの先端側が金属製の筐体の端面に溶接されている。 In general, in an optical device, each of various optical components arranged inside and outside a casing needs to be aligned with high accuracy. Therefore, in an optical device in which an optical fiber collimator is attached to the end face of the casing, both the casing and the holder of the optical fiber collimator are often made of a metal that is robust and difficult to deform. In the optical fiber collimator, the tip end side of the metal holder is welded to the end face of the metal casing.
ところで、図7に示した光スイッチ1のように、筐体の一つの端面に複数の光ファイバコリメータが溶接された光デバイスでは、その作製過程で、各光ファイバコリメータを光学的に最適な位置となるように微調整しながら一つずつ順番に同じ端面に溶接していくことになる。しかし、同じ端面において二番目以降の光ファイバコリメータを溶接すると、溶接済みの光ファイバコリメータが当初の最適位置からずれるという問題があることが判明した。これは、二番目以降の光ファイバコリメータの溶接時における筐体の熱膨張などに起因して、同じ端面にすでに溶接されている光ファイバコリメータのホルダや筐体における溶接部位などに歪みが発生するためであると考えられる。このような光ファイバコリメータの位置ずれは光路の両端にある光ファイバコリメータ間の結合損失を増大させ、光デバイスの性能を劣化させる要因となる。もちろん熱伝導率や熱膨張率が極めて低い材料を用いて筐体を構成することも考えられるが、材料や加工に掛かるコスト増加する可能性が高い。
By the way, in the optical device in which a plurality of optical fiber collimators are welded to one end face of the housing, such as the
本発明は、金属製のホルダを備えた複数の光ファイバコリメータが同じ一つの端面に溶接された場合に、溶接時の熱に起因する光ファイバコリメータの位置ずれを抑制し、光ファイバコリメータの位置を高い精度で維持することができる光デバイス用の金属製筐体を安価に提供することを目的としている。また、その筐体を備えて結合損失特性に優れた光デバイスを提供することも目的としている。 The present invention suppresses the displacement of the optical fiber collimator caused by heat during welding when a plurality of optical fiber collimators provided with a metal holder are welded to the same end face, and the position of the optical fiber collimator It is an object of the present invention to provide a metal housing for an optical device that can maintain the above with high accuracy at low cost. Another object of the present invention is to provide an optical device having the casing and having excellent coupling loss characteristics.
上記目的を達成するための本発明は、光デバイス用の金属製筐体であって、内部を光学部品の収納空間として、外側に複数の光ファイバコリメータを同一面上に取り付けるための端面が形成され、当該端面には、内外を連絡する孔が、前記複数の光ファイバコリメータのぞれぞれの取り付け領域に一つずつ形成されているとともに、隣接する取り付け領域を区分する溝が形成されていることを特徴とする光デバイス用の金属製筐体としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a metal housing for an optical device, wherein the inside is used as a storage space for optical components, and an end surface for mounting a plurality of optical fiber collimators on the same surface is formed outside. In the end face, a hole for connecting the inside and the outside is formed in each attachment region of each of the plurality of optical fiber collimators, and a groove for separating adjacent attachment regions is formed. It is set as the metal housing | casing for optical devices characterized by having.
上記光デバイス用の金属製筐体を備えた光デバイスも本発明の範囲であって、当該光デバイスは、金属製の筐体内部に光学部品が収納されているとともに、金属製のホルダ内に光ファイバを保持した光ファイバコリメータが前記筐体の外側に取り付けられてなる光デバイスであって、
前記筐体は、複数の前記光ファイバコリメータが同一面上に溶接によって取り付けられている端面を備え、
前記端面には、内外を連絡する孔が前記複数の光ファイバコリメータのぞれぞれに対応して形成され、
前記複数の光ファイバコリメータは、それぞれ対応する孔を前記ホルダにおいて光が入出射する先端面にて覆いつつ、当該先端面の外周が前記端面に溶接され、
前記端面には、前記複数の光ファイバコリメータのそれぞれの溶接領域を区画する溝が形成されている、
ことを特徴としている。
An optical device having a metal casing for the optical device is also within the scope of the present invention, and the optical device has an optical component housed in a metal casing and a metal holder. An optical device in which an optical fiber collimator holding an optical fiber is attached to the outside of the housing,
The housing includes an end face on which a plurality of the optical fiber collimators are attached on the same surface by welding,
The end face is formed with a hole communicating inside and outside corresponding to each of the plurality of optical fiber collimators,
Each of the plurality of optical fiber collimators covers a corresponding hole with a front end surface where light enters and exits in the holder, and an outer periphery of the front end surface is welded to the end surface,
The end face is formed with a groove that partitions each welding region of the plurality of optical fiber collimators.
It is characterized by that.
また、前記筐体内に直線的な光路を形成するように前記先端面同士が対面する二つ一組の光ファイバコリメータを少なくとも一組以上備えた光デバイスとすることもできる。 Moreover, it can also be set as the optical device provided with at least 1 set or more of 2 sets of optical fiber collimators which the said front end surfaces face so that a linear optical path may be formed in the said housing | casing.
本発明に係る光デバイス用の金属製筐体によれば、コストアップを伴わずに、複数の光ファイバコリメータを同じ端面に高い位置精度で溶接することができる。そして、その筐体を備えた本発明に係る光デバイスは、光ファイバコリメータが高い位置精度で溶接されて優れた結合損失特性を備えている。なお、その他の効果については以下の記載で明らかにする。 According to the metal housing for an optical device according to the present invention, a plurality of optical fiber collimators can be welded to the same end face with high positional accuracy without increasing the cost. And the optical device which concerns on this invention provided with the housing | casing is equipped with the coupling loss characteristic which the optical fiber collimator was welded with high position accuracy, and was excellent. Other effects will be clarified in the following description.
===光デバイスの構造と構成===
本発明に係る光デバイスの一実施例として光スイッチを挙げる。当該実施例に係る光スイッチは実質的に図7に示した光スイッチ1と同様の構成を有して、同様の動作をするものとする。しかし、本実施例に係る光デバイス(以下、光スイッチ)では筐体の構造に特徴を有し、その特徴的な構造により、作製過程で複数の光ファイバコリメータ(以下、コリメータ)が順番に筐体に溶接された際に、最初に溶接したコリメータの位置がずれることがなく、極めて低い結合損失を達成している。以下では、本発明の実施例に係る光スイッチの構造、構成、および作用などについて説明する。なお、その説明に際して参照する図において、同一又は類似の部分に同一の符号を付す場合がある。
=== Structure and Configuration of Optical Device ===
An optical switch is taken as an example of the optical device according to the present invention. The optical switch according to this embodiment has substantially the same configuration as the
図1に実施例に係る光スイッチ1aの筐体構造を示した。なお、図1では説明を容易にするために、便宜的に光スイッチ1aに対する相対的な上下前後左右の各方向を直線の矢印によって規定している。したがって図1(A)は、光スイッチ1aを上方から見たときの平面図となる。ここでは光スイッチ1aにおける特徴的な構造として、コリメータ(31〜33)が取り付けられた状態の筐体10aの構造を示した。(B)はその筐体10aを左上後方から見たときの斜視図となる。そして実施例に係る光スイッチ1aの基本構造は図1に示した従来の光スイッチ1と同様であり、金属製の筐体10aは、外側に互いに対向する平坦な端面(11、12a)を有し、その一方の端面(後端面)12aに二つのコリメータ(32、33)が取り付けられ、他方の端面(前端面)11には一つのコリメータ31が取り付けられている。
FIG. 1 shows a housing structure of the
筐体10aは金属(例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなど)からなるブロックを削り出して作製したものであり、下方を底部13としてその底部13の前後に側壁(14、15)が形成されたコの字型の側面形状を有している。そして前端面11に一つのコリメータ31が取り付けられ、後端面12aには二つのコリメータ(32、33)が取り付けられて、その一方のコリメータ32と前端面11のコリメータ31とが同軸20上に対向配置されている。
The
上述したように、光スイッチ1aにおける筐体10aは、金属製で、下方を底部13としたコの字型側面形状を有している。コの字の両辺に相当する前後の側壁(14、15)には内面16と外面(端面ともいう:11、12a)を連絡する孔17が形成されて、この孔17を通して所定のコリメータ間(31−32、31−33)に光路が形成される。
As described above, the
各コリメータ(31〜33)は、先端34が開口する円筒状の金属製ホルダHの末端35に光ファイバに樹脂被膜を施した光ファイバ心線Fが接続された外観形状を有している。ホルダH内では光ファイバが開口し、ホルダHの先端34側にはコリメートレンズが保持されている。各コリメータ(31〜33)は、ホルダHの先端34が対応する孔17を覆うように筐体10aの端面(11、12a)に当接している。また、ホルダHの先端34は、その外周が筐体10aの端面(11、12a)に溶接されている。そして本実施例に係る光スイッチ1aでは、複数のコリメータ(32、33)が取り付けられている後端面12aに、各コリメータ(32、33)の取り付け領域(18、19)を区画する溝40が上下方向に延長するように形成されている。なおこの実施例では、溝は左右幅w=0.05mm、前後の深さd=0.5mmとなっている。
Each of the collimators (31 to 33) has an external shape in which an optical fiber core wire F in which a resin coating is applied to an optical fiber is connected to an
===結合損失特性===
つぎに実施例に係る光スイッチ1a(以下、実施例1aとも言う)における筐体10aの構造に由来する結合損失特性の優位性を確認するために、図1に示した実施例に係る光スイッチ1aと、その実施例1aと特性を比較するための光スイッチ(比較例に係る光スイッチ)を作製した。図2(A)は比較例に係る光スイッチ1bの上方平面図であり、(B)は左上後方から見たときの斜視図である。この図2に示したように、比較例に係る光スイッチ1b(以下、比較例1bとも言う)では、筐体10bにおいて、複数のコリメータ(32、33)が取り付けられている後端面12bに上記溝40が無く、面一な平坦面となっている。この筐体10bの後端面12bの形状以外の構造や構成については実施例に係る光スイッチ1aと同様である。そして、各光スイッチ(1a、1b)の作製途上でコリメータ間(31−32、31−33)の結合損失を測定した。
=== Coupling loss characteristics ===
Next, in order to confirm the superiority of the coupling loss characteristic derived from the structure of the
図3は実施例に係る光スイッチ1aの作製手順を示しており、ここでは、筐体10aにコリメータ(31〜33)を順次溶接していく過程を上方平面図として図3(A)〜(D)の順で示した。なお、比較例に係る光スイッチ1bの作製手順は、後端面12bに溝40がない筐体10bを用いただけで、この図3(A)〜(D)と同様である。以下、図3に基づいて実施例と比較例の各光スイッチ(1a、1b)における結合損失特性について説明する。
FIG. 3 shows a manufacturing procedure of the
まず、図3(A)に示したように、同軸20上に対向して取り付けられる二つのコリメータ(31、32)の一方(以下、第1のコリメータ)31を溶接により取り付ける。ここでは、溝40がない前端面11に第1のコリメータ31を溶接して当該コリメータ31を取り付ける。
First, as shown in FIG. 3A, one of the two collimators (31, 32) (hereinafter referred to as a first collimator) 31 that is mounted on the
次いで、(B)に示したように、先に溶接した第1のコリメータ31と対向配置されるコリメータ(第2のコリメータ)32を溝40がある後端面12aに溶接する。この溶接に際し、第1と第2のコリメータ間(31−32)に光路100が正しく形成されるように第2のコリメータ32の溶接位置を微調整する。具体的には、第1のコリメータ31からビームを出射させるとともに、第2のコリメータ32に取り付けられている光ファイバ心線Fの末端からの出力光強度を測定し、出力光強度が最大(結合損失が最小)となるように、この第2のコリメータ32の溶接位置を微調整する。そして、互いに対向する第1と第2のコリメータ(31、32)を溶接した時点でこの二つのコリメータ間(31−32)での結合損失を複数回(例えば10回)測定する。
Next, as shown in (B), a collimator (second collimator) 32 disposed opposite to the previously welded
つぎに、第2のコリメータ32と同じ後端面12aに第3のコリメータ33を溶接する。このとき、(C)に示したように、厚板状で八角形の平面形状を有するプリズム50を筐体10aの内方に挿入し、図3(C)に示した光路101によって第1のコリメータ31からのビームを第3のコリメータ33に結合させ、その結合損失が最小となるように第3のコリメータ33の溶接位置を微調整する。そして第3のコリメータ33を溶接したら、第1と第3のコリメータ間(31−33)の結合損失を測定する。さらに(D)に示したように、プリズム50を筐体10aから外して第1と第2のコリメータ間(31−32)の結合損失を再度測定する。
Next, the
比較例1bについても、同様にして光路(100、101)の両端にあるコリメータ間(31−32、31−33)での結合損失を測定しながら溶接位置を微調整して順次コリメータ(31〜33)を溶接し、全てのコリメータ(31〜33)を溶接した時点で結合損失を再度測定する。このようにして作製過程で測定した結合損失と全部のコリメータ(31〜33)を溶接し終えた時点で測定した結合損失を、実施例1aと比較例1bとで比較すれば実施例1aの筐体10a構造に由来する結合損失特性を評価することができる。
Similarly, in Comparative Example 1b, the welding position is finely adjusted while measuring the coupling loss between the collimators (31-32, 31-33) at both ends of the optical path (100, 101). 33) is welded, and when all the collimators (31 to 33) are welded, the coupling loss is measured again. Thus, if the coupling loss measured in the manufacturing process and the coupling loss measured when all the collimators (31 to 33) have been welded are compared between Example 1a and Comparative Example 1b, the housing of Example 1a is compared. The coupling loss characteristic derived from the
以下の表1に実施例1aと比較例1bのそれぞれにおける各測定時点での結合損失と最終的な結合損失を示した。 Table 1 below shows the coupling loss and the final coupling loss at each measurement point in each of Example 1a and Comparative Example 1b.
表1では光スイッチ(1a、1b)の作製過程において、第1のコリメータ31に続いて第2のコリメータ32を取り付けた時点での第1と第2のコリメータ間(31−32)の結合損失δaと、さらに第3のコリメータ33を取り付けた時点における第1と第3のコリメータ間(31−33)の結合損失δbと、第3のコリメータを取り付けた時点での第1と第2のコリメータ間(31−32)の結合損失δcが示されている。また、各時点における各結合損失δa〜δcについて、平均値ave、最大値Max、最小値min、および最大値と最小値との差Rangeも示されている。
In Table 1, in the manufacturing process of the optical switch (1a, 1b), the coupling loss between the first and second collimators (31-32) when the
表1に示したように、実施例1aではδaとδcで結合損失特性に差がない。すなわち、第2のコリメータ32と同じ面に第3のコリメータ33を溶接により取り付けても、第2のコリメータ32にはその溶接時の熱による位置ずれが発生しない。一方、比較例1bではδaは実施例1aと同じであるものの、δcはそのδaにおける結合損失よりも増加しており、第3のコリメータ33の取り付けに際し、第2のコリメータ32が当初の溶接位置からずれることが確認できた。
As shown in Table 1, in Example 1a, there is no difference in coupling loss characteristics between δa and δc. That is, even if the
このように本実施例に係る光スイッチ1aでは、第2と第3の二つのコリメータ(32、33)が溶接されている面12aに、各コリメータ(32、33)の溶接領域(18、19)を区画する溝40が設けられて、その溝40が第3のコリメータ33を溶接する際の熱による筐体10aの歪みを吸収し、第2のコリメータ32の溶接領域18にはその歪みが及ばない。それによって第2のコリメータ32はその溶接時点での位置を正確に維持する。しかも、筐体10aは従来と同様の金属材料であり、溝40は一般的な切削加工によって容易に形成することができる。すなわち、筐体10aの作製時に同時に形成することができる。したがって、ほとんどコストアップを伴わずに光路(100、101)を形成する全てのコリメータ間(31−32、31−33)での結合損失を低減させることができる。位置ずれに伴う歩留まりの低下やコリメータ(31〜33)を溶接し直すコストを考慮すると、量産によるコストダウンも十分に期待できる。
As described above, in the
===その他の実施例===
上記実施例に係る光スイッチ1aでは、三つのコリメータ(31〜33)が筐体10aの前後の端面(11、12a)にそれぞれ一つ二つ取り付けられて、筐体10aには、二つのコリメータ(32、33)が取り付けられている後端面12aにのみ溝40が形成されていた。もちろん、本発明に係る光デバイスとしては、上記実施例に限らず、例えば図4に示した光デバイス1cのように、自身が備えるコリメータ(31c、32c)の全てが一つの面12cに取り付けられたものもある。この光デバイス1cの筐体10cは、実質的に上記実施例1aの筐体10aの後方部分と同じ構造であり、同じ面12に取り付けられている二つのコリメータ(31c、32c)の一方31cから出射したビームが同じ面12cに取り付けられている他方のコリメータ32に入射するコの字型の光路102を三角プリズム51を用いて形成している。そしてこの光デバイス1cでは、コの字型の光路102から三角プリズム51を離脱させると一方のコリメータ131からの出射光が他方のコリメータ132にも入射されず、遮光状態となる。すなわち「光シャッタ」として機能する。
=== Other Embodiments ===
In the
また図5に示した光デバイス1dのように、筐体10dの前後両端面(11d、12a)のそれぞれに複数のコリメータ(31と133、32と33)が取り付けられていてもよい。この例では、同軸(20,21)上に対向配置される二つ一組の光ファイバコリメータ(31−32,133−33)を二組備え、二つのコリメータ(31と133、32と33)が取り付けられている端面(111d、12a)の双方に溝40が形成されている。
Further, as in the
一つの端面に三つ以上のコリメータを取り付ける場合でも、その端面に各コリメータの溶接領域を区画する溝を形成すればよい。三つのコリメータを同一の端面に取り付けるのであれば、例えば、図6(A)に示した光デバイス1eのように、その三つのコリメータ(61〜63)が取り付けられている端面12eにおいて、隣接するコリメータ同士(61と62、62と63、63と61)が異なる領域(64〜66)に分割されるように放射状に延長する三本の溝(41〜43)を形成すればよい。あるいは図6(B)に示した光デバイス1fのように、各溶接領域(64〜66)がV字状の二本の溝(44、45)によって端面12fが区画されていてもよい。また、図6(C)に示した光デバイス1gのように一つの端面12gに四つのコリメータ(71〜74)を取り付ける場合には、その端面12gを四つの溶接領域(75〜78)に区画するように十字形の溝46を形成すればよい。
Even when three or more collimators are attached to one end face, a groove that divides the welding area of each collimator may be formed on the end face. If three collimators are attached to the same end face, for example, like the
この発明は、光ファイバ網を用いた光通信に適用することができる。 The present invention can be applied to optical communication using an optical fiber network.
1,1a〜1g 光デバイス、10,10a〜10d 筐体、
12,12a〜12g 端面、14,15 側壁、31〜33,
50,51 プリズム、61〜63,71〜74,134 光ファイバコリメータ、
40〜46 溝、100〜103 光路
1, 1a-1g optical device, 10, 10a-10d housing,
12,12a-12g end face, 14,15 side wall, 31-33
50, 51 prism, 61-63, 71-74, 134 optical fiber collimator,
40-46 groove, 100-103 optical path
Claims (3)
前記筐体は、複数の前記光ファイバコリメータが同一面上に溶接によって取り付けられている端面を備え、
前記端面には、内外を連絡する孔が前記複数の光ファイバコリメータのそれぞれに対応して形成され、
前記複数の光ファイバコリメータは、それぞれに対応する孔を前記ホルダにおいて光が入出射する先端面にて覆いつつ、当該先端面の外周が前記端面に溶接され、
前記端面には、前記複数の光ファイバコリメータのそれぞれの溶接領域を区画する溝が形成されている、
ことを特徴とする光デバイス。 An optical device in which an optical component is housed in the metal casing according to claim 1 and an optical fiber collimator holding an optical fiber in a metal holder is attached to the outside of the casing. Because
The housing includes an end face on which a plurality of the optical fiber collimators are attached on the same surface by welding,
The end face is formed with holes communicating with the inside and outside corresponding to each of the plurality of optical fiber collimators,
The plurality of optical fiber collimators, while covering the corresponding holes with the tip surface where light enters and exits in the holder, the outer periphery of the tip surface is welded to the end surface,
The end face is formed with a groove that partitions each welding region of the plurality of optical fiber collimators.
An optical device characterized by that.
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