JP2824489B2 - 調整可能な光フアイバ用コネクタおよび光フアイバの接続方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、長さの異なる光フアイバの間または光源と
受光器光フアイバの間で接続するために用いられるコネ
クタに関するものであり、とくに、接続部を通つて行わ
れる光エネルギーの伝送を最適にするために調節でき、
接続を断ち、次に再び接続しても調節が損われないコネ
クタに関するものである。

〔発明の背景〕

データすなわち光情報を伝送するために光フアイバを
使用することが、近年急激に増加している。そのような
伝送装置の心臓部は珪酸ガラスまたはその他の適当な材
料で作られ、光エネルギーを制御可能状態で伝えること
ができる「光チユーブ」すなわち光導波器を作るために
適切な物質を被覆された光フアイバである。光フアイバ
は極めて細く（たとえば直径100ミクロン）、光フアイ
バをデータ伝送装置に組込む時は異なる光フアイバを相
互に接続する必要がある。光コネクタの主な機能は、一
方の光フアイバから次の光フアイバに光エネルギーを低
損失で結合することであるが、接合部における損失を絶
対に最少にするように、結合されるコアを極めて精密に
整列させる必要がある。

２本の光フアイバの間で可能な最良の結合は、光フア
イバの端部を平らに研磨し、それらの端部を直接突き合
わせることにより達成される。ガラスと空気の境界面に
おけるフレネル損失を無視すると、そのような結合の損
失は0.2dBのオーダーとなる。この種の接続には、非常
に精密な装置を必要とし、永久的な接続に最も適する。
接続をくり返えし行うためには一層頑丈なコネクタを必
要とするが、そうすると損失が増大することになる。

光フアイバ結合装置における損失の主な原因は６つあ
る。最も大きい損失は横方向のずれにより生ずるもので
そる。すなわち、横方向にずれた光フアイバは両方の中
心軸が整列していない。また、被着層内のコアの位置に
対して光フアイバの製造者は厳しい許容誤差を課すが、
中心コアのどのような偏心も横にずれた状態として取扱
われる。２本の光フアイバの中心軸が相対的に傾いた時
に角度損失が起きる。光フアイバの端部から出た光は円
錐形状になつて進むから、光フアイバの間隔が広くなる
と損失も大きくなる。ちりやほこり、表面の凹凸および
向き合う端部が互いに垂直でないと、それらの端部が互
いに分離させられて損失が生ずる。光フアイバの「開口
数（NA）」、コアの同心性、コアの偏心性およびコアの
直径の変動を含めた、光フアイバの光学的パラメータの
変化によりコネクタ外部（光フアイバ固有）の損失が生
じさせられる。最後に、一方の透明な媒体から、その媒
体とは屈折率が異なる別の媒体へ光が進む時に、送られ
た光の一部が反射されて失われるから、フレネル損失が
常に起きる。ガラスから空気へ光が入射すると、各面ご
とに0.2dBのフレネル損失が起きることがある。その損
失は、屈折率を一致させる流体を用いることによりなく
すことができ、または反射防止コーテイングを用いて減
少できる。

上記のような損失をできるだけ少くするために、突き
合わせ接合の許容誤差はできるだけ小さくなければなら
ない。しかし、接合部にどんなに小さいほこりが付着し
ても結合損失が大幅に増大することになるから、光フア
イバの端部は周囲の条件から常に保護せねばならない。

接続に関連する上記諸問題は、コアの直径である100
μから、取扱いが一層楽な数mmの大きさまで光ビームの
直径を大きくする「ビーム拡大」技術を用いて小さくで
きる。そのようにして拡大されたビームは小さいほこり
よりかなり大きいから、そのほこりに起因する損失は小
さくなる。更に、相対的にいえば、ミクロな状況よりも
マクロな状況を取扱うのであるから、接続の全ての面
が、製作から保守までにわたつて簡単になる。

光フアイバをレンズの焦点に置いたとすると、そのレ
ンズから出た光は、光フアイバのコアの直径よりはるか
に長い直径の平行なビームにされ、各光フアイバが適切
なレンズを有するものとすれば、一方の光フアイバから
の点像が他方の光フアイバのレンズの焦点に形成される
ことになる。ビーム拡大コネクタは、横方向のずれおよ
び端部の分離に起因する損失を明らかに減少する。しか
し、オートコリメーシヨンのためにそれらのコネクタは
角度のずれによる損失を増大する。

原理的には、端部突き合わせ接合の確度と同じ確度で
光フアイバがレンズの焦点に位置させられたとすると、
損失はビーム拡大結合器における損失と同じである。ビ
ーム拡大技術を用いる結合器が現在何種類か市販されて
いる。光フアイバ・コネクタに使用するのが最も容易な
レンズの１つが屈折率分布形（GRIN）レンズである。

円筒形のGRINレンズは、それの端面が平らなことを除
き、通常の球面レンズと機能が等しい。それの軸線に沿
う屈折率の変化のためにGRINレンズの独特の特性が生
じ、広い範囲の光学的パラメータを発生させるためにそ
のGRINレンズを製作者が製作できる。レンズの長さが、
ある特定の波長においてレンズ内に含まれるピツチ、ま
たは完全な波長の部分を決定する。点光源から平行ビー
ムを発生させるためには４分の１ピツチレンズを使用す
る必要がある。

接合部内の４分の１ピツチGRINレンズが他方のレンズ
に対して角度θだけ傾斜させられたとすると、送られる
像は受けるレンズの軸に対して式Ｚ＝tanθ/NoAにより
与えられる値だけずらされる。ここに、θは傾斜角、No
およびＡはGRINレンズのパラメータである。それらのレ
ンズのパラメータは、レンズの焦点距離ｆとの間で、ｆ
＝1/NoAという関係を有する。各種のGRINレンズに対し
て、１度の傾斜角による損失は約6dBから10dBより十分
に大きい範囲にわたることがある。更に、光フアイバの
コアの寸法が小さくなるにつれて傾斜による損失は一層
大きくなる。GRINレンズコネクタにおいてレンズまた光
フアイバの位置姿勢に傾斜の変動があると、送られる像
は受信光フアイバ上に集束させられない。したがつて、
極めて高いコストにつく非常に小さい許容誤差を必要と
することなしに、傾斜損失を最少にするコネクタを得る
ことが望ましい。

上記原理は、GRINレンズではなく、他の結像レンズに
も適用される。レンズの焦点に像が結ばれたとすると、
角度θの傾斜により、光フアイバの端面においてＺ＝ta
nθ/NoA＝f tanθ≒ｆθの移動が生ずる。なぜなら、小
さい角度θに対してはθ≒tanθだからである。

特開昭61−292109号には、上記要求の全てを満す傾斜
調節可能な光フアイバコネクタのいくつかの実施例が開
示されている。光フアイバと光フアイバを接続するた
め、および光源と光フアイバを接続するためのコネクタ
がその特許願に開示されている。それらのコネクタは希
望の結果を達成するために軸線方向傾斜原理または半径
方向傾斜原理を用いる。

〔発明の概要〕

本発明は、とくにビーム拡大レンズすなわち結像レン
ズ型のコネクタすなわち結合器に関連する傾斜問題と、
光フアイバの端部をレンズの焦点に置くという極めて厳
しい許容誤差の要求を克服することを意図するものであ
る。本発明は、製作コストが低く、使用時には容易に気
密封止でき、切離しおよび再接続のために努力なしで取
扱うことができ、それを通じる光エネルギーの伝送を最
適にするために調節できる新しいコネクタすなわち結合
装置で実施される。本発明の結合装置は、サブミクロン
の分解能を達成できるコンパクトな構造を達成するため
に新規な傾斜技術に組合わせてレンズの特性を用いる。
更に、本発明の原理を具体化した、調節をほとんど、ま
たは全く必要としない装置を、光を任意の寸法または任
意の数の受光フアイバへ結合するために光源結合器、減
衰器またはコネクタとして使用できる。

この明細書の全体にわたつて、「最適」という用語お
よびそれの変形は「定められた諸条件の下で最も好まし
い」というような広い意味を持つことを意図するもので
ある。結合器のための「最適」な信号の強さは得ること
ができる最大の強さであるが、減衰器の場合には最大よ
り小さい希望の信号強度である。

１つの態様においては、本発明は、ねじを切られたボ
スと軸線方向の貫通穴をおのおの有する一対のベース板
を利用する。各貫通穴は、ビーム拡大レンズすなわち結
像レンズを保持するホルダおよびそのレンズに関連する
光フアイバを所定の位置に受けるようにされる。そのレ
ンズホルダをベース板から切離し、かつベース板に再び
連結できるように、レンズホルダはベース板のボスにね
じ合わせるナツトを有する。ベース板の向き合う面の間
に弾性部材が挾まれ、２組のねじが一方のベース板から
弾性部材を貫通して他方のベース板を貫通してベース板
を相互に連結する。弾性部材の中心空所がレンズの向き
合う面を含み、ベース板をシール接触させることにより
その中心空所を周囲の雰囲気から密封できる。コネクタ
が組立てられると、一方の光フアイバから接続部を通つ
て他方の光ファイバへ、およびそこから適当な受光器へ
試験光を送ることができる。一方のレンズおよびそれの
光フアイバの角度の向きを他方のレンズおよびそれのフ
アイバに対して変えるように、１組のねじを粗調節でき
る。調節中は受光器をモニタし、検出された出力が希望
のレベルにほぼ近づくまで前記１組のねじを調節し、そ
れから、検出された出力が最適になるまで別の１組のね
じが精密調節される。別の１組のねじのピツチは最初の
１組のねじのピツチより細かい。先に述べたように光フ
アイバの一方または両方が接続部から切離されたとして
も、ベース板はそれの調節された条件を保ち、再接続後
の損失増大の心配なしに光フアイバを接続部へ再接続で
きる。

以上は、ねじを軸線方向に調節することにより希望の
結果を達成する実施例を表すものである。光フアイバ
と、ハウジングの内部に取付けることができるレンズホ
ルダに対して半径方向へ向けられるねじを用いて同じ結
果を得ることができる。また、その結果は、光フアイバ
とレンズホルダをハウジングに対して調節できるよう
に、光フアイバとレンズホルダの上にはめ合わされる再
使用可能な調節ジグを用いることにより半径方向傾斜コ
ネクタで達成できる。次に、注封により光ファイバとレ
ンズホルダをハウジングに対して固定でき、その後でジ
グを外す。そのような構造においては、行われている調
節を損わずに光フアイバとレンズホルダをハウジングか
ら外すことができない。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

本発明の光フアイバ結合装置10の一実施例が第１図に
示されている。この結合装置10は、光エネルギーの態様
の光信号を一方の光フアイバ組立体から他方の光フアイ
バ組立体へ、接続部における損失が最小の状態で、送る
ことができるように一対の光フアイバ組立体12,14の端
部を突き合わせた関係でこれら組立体を接続するために
使用される。それらの光フアイバ組立体12,14は、それ
ぞれ、被覆された光フアイバコア12a,14aと、光フアイ
バコアを囲むプラスチツク被覆12b,14bと、プラスチツ
ク被覆を囲む保護ケーブルすなわちシース12c,14cを典
型的に含む。第３図を参照して、各被覆光フアイバコア
12a,14aは屈折率分布型レンズ（GRIN）72に終端する。
そのレンズ72は、光フアイバコアの端部がそのレンズの
焦点に位置させられたとすると、光信号を拡大し、平行
にして受光GRINレンズへの伝送を改善することがわか
る。本発明のために適当なGRINレンズは、日本板ガラス
株式会社からSELFOC（商標）という名称で入手できる。

第１図と第２図を参照して、各光フアイバ組立体12,1
4は、後述する適切な接続機構を介して対応するベース
板16,18の中に受けられることがわかるであろう。各ベ
ース板16,18の一方の表面から中心ボス20,22が外方へ突
き出る。各ボスの外面にはねじ36が切られ、中心穴38が
軸線方向に貫通する。その中心穴はベース板も貫通し
て、ベース板の平らな反対側の表面に出る。後述する目
的のために、穴38の側壁にキー溝40が機械加工される。

各光フアイバ組立体12,14の端部にレンズホルダ24,28
が取付けられる。各レンズホルダには自由に回るナツト
26,30がそれぞれ取付けられる。各レンズホルダにはキ
ー42も設けられる。そのキー42は前記キー溝40の中に挿
入される。光フアイバ組立体12,14をそれのベース板に
組立てたい時には、キー42をキー溝40の中に入れてレン
ズホルダ24,28を適切な軸線方向の穴38の中にすべりこ
ませ、それからナツト26,30をボス20,22のねじ36にねじ
合わせる必要があるだけである。ナツトとねじを完全に
締めつけると、レンズホルダはベース板内の所定の位置
に保持される。

再び第２図を参照して、ベース板16の円周方向周縁部
の近くに２組の貫通穴44と44aが互いに隔てられて交互
に配置されていることがわかる。また、ベース板18の円
周方向の周縁部の近くにねじ穴46,46aが互いに隔てられ
て交互に配置される。ねじ穴46,46aは貫通穴44,44aにそ
れぞれ整列させることができる。ねじ34,34aが貫通穴4
4,44aの中にそれぞれしまりばめ状に挿入され、それか
らねじ穴46,46aの中にねじこまれる。ねじ34のピツチは
少くとも約142溝山/cm（56溝山／インチ）でなければな
らず、ねじ34aのピツチは少くとも約203山/cm（80山／
インチ）でなければならない。ねじピツチをもつと大き
くすると調節段階の分解能が高くなる。最後に、弾性ワ
ツシヤ部材32が設けられる。そのワツシヤ部材にはねじ
穴46,46aと穴44,44aにそれぞれ整列できる貫通穴48,48a
と、中心空所50が設けられる。中心空所50の形は本発明
にとつては重要ではない。

第２図に示されている部品は第１図に示すように一緒
に組立てられ、光フアイバ組立体12,14はベース板16,18
の面へ接続され、ベース板16,18の反対側の面は向き合
つて連結され、それらのベース板の向き合う面の間に弾
性ワツシヤ部材32が挾まれる。ねじ34が貫通穴44,48に
挿入されてねじ穴46にねじこまれ、それらのねじが締付
けられると、ベース板16と18の間にワツシヤ部材32を封
止しつつ固定する。ねじ34aが貫通穴44aと48aの中に挿
入され、ねじ穴46aにねじこまれる。最初は、固定力を
生じないように、それらはベース板へゆるく取付けられ
る。ベース板とワツシヤ部材を初めて組立てる時は、穴
38の中にしまりばめされる心出し棒までベース板をすべ
らせ、ねじ34が初めの位置にセツトされた時に、ベース
板の軸線が初めて整列させられるようになる。

ワツシヤ部材32は、周縁部が連続しているものとし
て、およびベース板の向き合う面に接触する平らな面を
有するものとして第２図に示されている。水中での使用
におけるように、結合装置の内部を密封したい場合に
は、そのような部材はとくに有用である。そのような用
途においては、ボス20,22の端面と、ナツト26の内面と
の間にＯリング（図示せず）を置くことができる。密封
を求められないとすると、ねじ34,34aを通すことができ
る適切な穴を有する、ベルビル・ワツシヤのような環状
ばね部材としてワツシヤ部材32を形成できる。あるい
は、ワツシヤまたはばね部材自体をねじが通る必要がな
いように、ねじにより形成された周縁部内に環状ばね部
材（またはワツシヤ部材32）を設けることができる。通
常はワツシヤ部材32はゴムまたは軟質プラスチツク材料
から形成されるが、希望によつては軟かい金属（たとえ
ばインジウム）を用いることも可能である。

上記ワツシヤ部材32の代りに、市販のＯリングで結合
装置の内部を密封することが可能である。一方のベース
板の向き合う面にＯリングを受ける環状溝尾を設けるこ
とができる。そのＯリングの一部はベース板の面から突
き出る。ねじ34が締付けられた時に他方のベース板の向
き合う面が密封接触させられるから、他のベース板の面
にはＯリングを受ける溝は不要である。この実施例にお
いては、Ｏリングはねじ34,34aの周縁部内に設けること
が好ましい。

次に第３図を参照して典型的な光フアイバ組立体12に
ついて説明する。第３図は実際の部品の寸法よりはるか
に大きく拡大して描いてあることを理解されたい。

光フアイバ組立体12はいくつかの部品で構成される。
それらの部品とは、典型的には極めて細い（たとえば直
径100ミクロン）のシリカまはドープされたシリカガラ
スである被覆されたコア12aと、このコアを囲むプラス
チツク被覆12bと、弾力のあるプラスチツク材料から作
られ、被覆コアとプラスチツク被覆を保護するケーブル
またはシースである。シースの外径は4mmのオーダーで
ある。

この光フアイバ組立体の端部においては、約13mmの長
さにわたつてシースがプラスチツク被覆からはぎ取ら
れ、用いるかどうかは随意であるが、用いることが望ま
しい内部かしめスリーブ52が露出している被覆12bの上
にかぶせられて、かしめられる。用いなくてもよいが用
いることが望ましい外側かしめスリーブ54が、内側かし
めスリーブ52の内端部近くでシース12cにかぶせられ、
かしめられる。光フアイバ組立体の自由端部において
は、被覆コア12aの非常に短い部分が露出させられる。

スリーブ52と54がかしめられている光フアイバ組立体
12は光フアイバフエルール56の中にすべりこませられ
る。フエルール56は、外側かしめスリーブ54をゆるく受
ける軸線方向の穴60を有する拡大された第１の部分58
と、内側かしめスリーブ52を受ける短い直径の軸線方向
盲穴64を有する短い直径の部分62と、光フアイバ組立体
12の被覆コア12aを短い長さだけきつく受ける細い軸線
方向穴68を有する端部66とを有する。その端部66は傾斜
縁部70を有する。この結合装置の用途に応じて、フエル
ール56は金属、プラスチツクまたはセラミツクで構成で
きる。この結合装置を高温の環境において使用する場合
にはセラミツクフエルールが望ましい。というのは、セ
ラミツクの熱膨脹率が光フアイバのために用いるガラス
の熱膨脹率に非常に近いからである。また、かしめスリ
ーブを用いない時は、かしめスリーブを用いる時と比較
して光フアイバフエルールを小さくできる。

シースと被覆との一部が光フアイバ組立体からはぎ取
られた後で、上記のように、かしめスリーブ52,54は被
覆12bとシース12cにそれぞれかしめられる。スリーブが
光フアイバ組立体の端部を補強する機能を果す限り、ス
リーブは金属とプラスチツクのいずれでも製作できる。
スリーブを光フアイバ組立体に取付けた後で、被覆コア
部が穴68の中に入り、スリーブ52,54が段付き穴64,60の
中にそれぞれ入るように、フエルールは光フアイバ組立
体の端部にかぶせられる。フエルールはかしめまたはエ
ポキシ樹脂による注封というような公知のやり方で光フ
アイバ組立体12に固定できる。注封物質を注入できるよ
うにするために、各かしめスリーブ52,54と穴64,60の間
のはめ合いはわずかにゆるい。

フエルール56が光フアイバ組立体に固定された後で、
SELFOC（商標）レンズのような大きな直径のGRINレンズ
72がレンズホルダ24の中にはんだづけまたは接着され
る。密封が重要であれば、レンズをレンズホルダへはん
だづけし、これによつて密封できるようにレンズをメタ
ライズできる。

次に、フエルール／光フアイバ組立体56/12がレンズ
ホルダ24に組付けられる。レンズホルダ24は全体として
円筒形であつて、それの長さはレンズ72の長さおよびフ
エルール56の端部の長さに等しい。レンズホルダ24に
は、レンズ72とフエルールの端部をきつく受けるように
された軸線方向の穴74を有する。レンズホルダ24の内端
部の近くに、環状肩部78,80を形成する大きな直径の部
分76も有する。更に、レンズホルダのバレルには長手方
向へ延びるキー42が形成される。そのキー42の実際の形
は、キー42をキー溝40に挿入できる限り重要ではない。

フエルール56がレンズホルダ24に組付けられる前にナ
ツト26がレンズホルダの内端部の上からはめこまれる。
ナツト26は内ねじ部82と、端面84と、必要があれば適当
なレンチではさむためのフラツト86とを含む。そのナツ
トが所定の位置に置かれると、被覆コアの端面を含んで
いるフエルールの端面がレンズ72の端面に接触するま
で、フエルール組立体は穴74の中にすべりこませられ
る。それからレンズホルダは、接着または注封のような
任意のやり方で、フエルールに固定される。レンズホル
ダのレンズ72とフエルール56の間の境界部における壁に
空気穴88が設けられる。フエルールがレンズホルダに組
付けられた時に空気と、過剰の接着剤や注封化合物の少
くとも１つをその空気穴を通つて逃すことができる。ま
た、フエルールの第１の部分の直径はレンズホルダの近
くの部分の直径よりわずかに長いから、ナツト26はレン
ズホルダを中心として自由に回るが、レンズホルダの肩
部80とフエルールの第１の部分の間に捕えられる。

上記のようにして２つの光フアイバ組立体12,14が製
作されると、それらの光フアイバ組立体12,14を前記の
ようにしてベース板16,18へ組付けることができる。キ
ー42はキー溝40の中に入れられ、軸線方向の穴38の中に
十分に挿入されると、レンズホルダ24の肩部78がベース
板16,18のボス20,22の外面に接触する。このように、表
面を接触させ、かつキーをキー溝に挿入させる機構によ
り、光フアイバ組立体は、それぞれのベース板へ接続さ
れるたびに、そのベース板内の所定の位置を常に占め
る。

本発明の結合装置が最初に組立てられると、（ａ）光
フアイバのコア12a,14aの軸線がそれのGRINレンズ72の
軸線に完全に整列させられること、または（ｂ）結合装
置内で向き合うGRINレンズ72,72の軸線が完全に一致し
ている、という保証はない。いいかえると、一方の光フ
アイバから送られる映像が受光光フアイバに対して大き
くずれていないという保証はない。どのような位置の狂
いでも、これは結合装置内部での損失の原因となる。本
発明は、２枚のGRINレンズおよびそれに関連する光フア
イバの間の相対的な角度を調節できるようにしてその欠
点を解消することにより、希望の光エネルギー伝送を行
うものである。ひとたび調節が行われると、前記したよ
うに組立体の精密な位置ぎめのために、光フアイバ組立
体が切離され、かつ結合装置10に再び接続されても、そ
の調節された条件は保たれる。何らかの理由で元の調節
が損われる、すなわち、送られた光エネルギーが劣化し
たとすると、光エネルギーの伝送を再び最適にするため
に結合装置を再調節できる。

結合装置の最初の調節には、完全に組立てられた結合
装置と、試験光源と、メータ状の受光器とを必要とす
る。調節は非常に簡単で、所要時間も短い。試験光源か
らの光信号ビームが光フアイバ組立体の一方と、結合装
置とを通されて他の光フアイバ組立体に達し、そこで受
光器により受けられる。受光器は信号の強さを相対的に
指示する。次に、受信信号をモニタしながら、一方のベ
ース板を他方のベース板に対して粗に動かす、すなわ
ち、粗に「傾斜」させるようにねじ34が回わされる。そ
のねじのピツチは細かく、ねじの動きは正確に制御され
る。作業員はどのねじを調節すればよいかを直ちに確か
めることができ、結合装置を通る光信号の希望の強さを
ほぼ得るために適切なねじを直ちに調節する。それか
ら、作業員はピッチが非常に細かいねじ34aのみを用い
て上記調節をくり返えす。ねじ34aによる精密調節によ
り、結合装置を通る信号の最適すなわち希望の強さを直
ちに得ることができる。その後で、必要があれば、粗調
節ねじ34をベース板16に対してねじこむことができる。

希望の信号強度が得られて、送信光フアイバの映像が
受信光フアイバに希望どおりに入射したことが示される
と、調節作業は終る。ねじ34aの非常に細かいピツチ
と、部材32により供給される弾性バイアスとの組合わせ
により、ねじ34,34aの望ましくない回転を阻止するよう
にそれらのねじは調節された状態に十分に保たれる。後
になつて結合装置の再調節が必要になつた時は、上記の
調節作業をくり返えすだけでよい。

それ以上の調節が行われないか、厳しい環境において
結合装置を用いるものとすると、接着等によりねじ34,3
4aをベース板へ固定することによりそれらのねじが動け
ないようにできる。あるいは、調節の後で結合装置を動
けなくするために、ベース板の間で結合装置を注封，接
着またははんだづけなどにより固定することが可能であ
る。もつとも、その場合には再調節はできない。

以上説明した２段階調節作業は、特開昭61−292109号
に開示されているように本発明の別の実施例にも等しく
使用でき、光フアイバ同士または光源と光フアイバの間
の結合に使用できる。

第４図はラジアル結合装置100を示す。このラジアル
結合装置においては、第１のフエルールすなわちレンズ
ホルダ102がハウジング104の一端内に設けられ、フエル
ールのフランジ108に係合し、かつハウジングのねじ部1
10にねじ合わされるナツト106によりその位置に固定さ
れる。光フアイバ組立体112は球面状の光ビーム拡大レ
ンズすなわち結像レンズ114に終端して、それに接着さ
れる。ハウジング内に確実かつ反復可能にレンズホルダ
102を位置させるために、そのレンズホルダはハウジン
グのキー溝118に入れられるキー116を有しなければなら
ない。

球面レンズ122と光フアイバ組立体124を保持する第２
のレンズホルダ120がハウジング104の他端部からそのハ
ウジングの中に位置させられる。この場合には、ナツト
126がレンズホルダ120のフランジ128に係合し、ハウジ
ングのねじ部130にねじ合わされてレンズホルダ120をハ
ウジング内部に保持する。レンズホルダ120はハウジン
グ104のキー溝142の中に入れられるキー140を有するこ
とができる。

光フアイバホルダ132が光フアイバ組立体124を保持
し、球面レンズ122の所に終端する。そのレンズは光フ
アイバホルダ132へたとえば接着により固定され、中心
の光フアイバに融着される。レンズホルダ120のねじ穴1
34にねじ136がねじこまれる。そのねじは光フアイバホ
ルダ132の心出しを行うとともに、レンズホルダ120とハ
ウジング104に対する光フアイバホルダの相対的な角度
を半径方向に調節する。ねじ136が調節されると光フア
イバ組立体124と球面レンズ122は一緒に傾斜させられ
る。したがつて、この実施例においては、一方の光フア
イバ組立体から他方の光フアイバ組立体へ最適な信号を
送ることができる。

この実施例では、軸線方向、および半径方向すなわち
ラジアル方向の傾斜調節原理を用いる全ての実施例のよ
うに、結合装置の送光器側からの光信号を受ける光フア
イバおよびレンズの組立体に対して調節を行うことが好
ましい。組立体が最初に組立てられた時は、送られた光
信号は結合装置の光軸に非常に近く整列させられる傾向
がある。送信器側で調節すると最初の整列が損われるこ
とがあり、かつ最適な信号強度を得ることが困難にな
る。受光器側だけで調節するならばその問題はなくすこ
とができ、あるいは少くとも劇的に減少できる。

いうまでもないが、第１図と第２図を参照して説明し
た粗調節と精密調節の原理を用いるように、レンズホル
ダ120の周縁部に「粗い」ねじ穴134と「細かい」ねじ穴
134を交互に設けることができる。そうすると、まず粗
調節を行い、次に精密調節ねじを光フアイバホルダ132
に接触させて粗ねじを少し後退させ、精密調節を続け
る。

第５図は第４図に示す実施例の変更例を示すものであ
つて、第４図に示す永久調節機構の代りに再使用できる
調節機構が設けられる。第５図の実施例では、部品を何
らかの理由でハウジングから外したとすると、フエルー
ルに対する光フアイバ組立体の傾斜角を調節できない。

第５図において、結合装置100に類似のラジアル結合
装置200のハウジング204の一端に第１のフエルールすな
わちレンズホルダ202が、ナツト206およびレンズホルダ
のフランジ208とハウジングのねじ210により固定され
る。光フアイバ組立体212は結像レンズ214に終端する。
レンズホルダ202はキー216を有し、このキーは、ハウジ
ング204の長手方向に設けられているキー溝218に挿入さ
れる。

円筒レンズ222と光フアイバ組立体224を保持する第２
のレンズホルダ220がハウジング204の他端部からハウジ
ングの中に位置させられる。レンズホルダ220のキー226
がキー溝218に入れられ、ラジアルフランジ228がハウジ
ングの端面に係合して、レンズホルダをハウジングの内
部に確実に位置させる。

レンズホルダ220はハウジング204の中にほとんど間隙
なしにはめこまれて確実な位置ぎめを支援する。円筒レ
ンズ222は光フアイバホルダ230へたとえば接着され、光
フアイバ組立体224内の光フアイバもレンズ220へ融着さ
れる。光フアイバホルダ230は光フアイバ組立体を保持
し、レンズホルダ220の中に比較的ゆるくはめこまれ
る。もつとも、短い長さの弾性チューブ260がレンズ222
と光フアイバホルダ230の内端部を囲んでレンズ222をレ
ンズホルダ220の中心に弾性的に位置させる。

第５図の実施例では、調節ナツト232の態様で特別に
設計されたジグを用いて光フアイバ組立体224の傾斜調
節が行われる。その調節ナツトはねじ部234と肩部236を
介してハウジング204のねじ部とラジアルフランジ228に
係合して、レンズホルダ220をハウジングの内部に強く
保持する。ナツト232の軸線方向延長部240が光フアイバ
ホルダ230の延長部242から半径方向へ隔てられ、それの
周縁部にねじ穴244が設けられる。各ねじ穴には調節ね
じ246がねじこまれる。前記実施例のように、ねじ穴244
とねじ246は、粗調節と精密調節を行えるように、ねじ
のピツチを交互に粗および密にできる。

第５図の実施例を用いるために、右側の光フアイバ組
立体の組立ての後でレンズホルダ220を光フアイバホル
ダ204の中に入れ、ナツト232を取付けてレンズホルダを
所定位置に保持する。ねじ246がねじ穴244を貫通して光
フアイバホルダ延長部242の外面に接触するまで、ねじ
穴246をねじ穴244にねじこむ。ねじ246はピツチが粗の
ものと密のものを用いることが好ましい。送光器（信号
源）から受光器へ最適な強度の信号が送られるまでねじ
246は調節される。それから、光フアイバホルダ230とレ
ンズホルダ220の間の円周方向間隙248に硬化性の物質を
注入して光フアイバ組立体をレンズホルダ220に対して
変更できないように固定する。

注封物質が硬化してから、ねじ246をゆるめてナツト2
32をハウジング204から外す。レンズホルダ220をハウジ
ングの内部に永久に保持するために、そのナツトを第４
図のナツト126とほぼ同じ新しいナツトと交換する。

レンズホルダ220はハウジング204から外し、かつ再び
挿入できるが、光フアイバ組立体224とレンズホルダ220
の間の傾斜角を再調節することはもはやできない。この
実施例は、同一の結合装置を大量に使用し、かつ最終組
立て後は調節不要である用途に使用できる。

第４図の実施例と同様に、調節原理に影響を及ぼすこ
となく、円筒レンズ214,222の代りに球面レンズを使用
できる。

また、第６図からわかるように、第５図のねじ234,23
8の代りに調節部材252をハウジング204の中に滑らかに
挿入できる。傾斜調節が行われている間に調節部材252
を所定位置に保持するために、ラジアルねじ穴245が止
めねじ256を受けることができる。注封物質が硬化する
と止めねじ256をゆるめて調節部材256をハウジング204
から外す。

次に第７図と第８図を参照する。それらの図には特開
昭61−292109号に開示されているものを含めて、本発明
の結合装置の別の用途が示されている。これらの図には
結合装置の構造の詳細は示していない。

適切なハウジングの中に全てを備えている光結合装置
300は、前記特開昭61−292109号に開示されているビー
ム分割器とすることができ、または反射鏡、偏向器のよ
うな他の任意の光学部材とすることができる。

光結合装置300はハウジング302を含み、第７図におい
ては、ハウジング302の入力側と出力側に軸線方向へ傾
斜を調節できる光フアイバ結合装置304,306がハウジン
グに取付けられる。各結合装置304,306はベース板308と
光フアイバホルダ組立体310を含む。それらは第１図に
示すものに類似する。各ベース板とハウジングの間に弾
性部材312が位置させられ、ベース板をハウジングへ固
定して、ベース板およびハウジングとベース板の向きを
調節するために、円周方向に隔てられたねじ314の態様
の固定および調節手段が設けられる。第８図において半
径方向の傾斜を調節できる光フアイバ結合装置316,318
がハウジング302の入力側と出力側にそれぞれ取付けら
れる。各結合装置316,318は全体として円筒形のハウジ
ング320と、第４図乃至第６図に示されているものに類
似の光フアイバフエルール組立体322とを含む。フエル
ール組立体322の外面とハウジング320の内面の間に弾性
部材が位置させられ、半径方向に向けられた複数の固定
および調節手段たとえばねじ324がハウジングを通つて
延びてフエルール組立体に当り、前記のように調節を行
う。

第７図と第８図の実施例は次のように動作する。ま
ず、ハウジング302の送光器（入力）側の結合装置を出
た平行ビームの光軸が受光器のレンズの光軸に一致する
まで、その平行ビームの光軸を受光器側（出力側）の結
合装置のレンズの光軸に対して横方向へ向けるように、
入力側の結合装置をまず調節する。そうするとレンズの
横方向のずれによる損失が減少する。入力側の調節によ
り、レンズが大きく離れている時にレンズを横方向に整
列させることが容易になる。平行ビームと受光器レンズ
の光軸が一致すると、接着等により入力側を永久に固定
し、またはねじにより一時的に固定して傾斜角を維持す
る。それから、最適な結合効率を達成するために、適切
な技術を用いて受光器側を調節する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光フアイバ結合装置の側面図、第２図
は第１図の結合装置の主な部品を示す斜視図、第３図は
第１図に示す結合装置の中に受けることができる光フア
イバとレンズホルダの縦断面図、第４図は半径方向調節
技術を利用し、かつ円筒レンズの代りに球面レンズを用
いる本発明の実施例の断面図、第５図は調節を行うため
に一時的なジグを用いる本発明の別の実施例の縦断面
図、第６図は第５図に示す実施例の変更例を示す部分断
面図、第７図および第８図は光エネルギーを透過させる
ことができる光結合装置の送光器側と受光器側で用いら
れる傾斜調節可能な光フアイバ結合装置の使用を示す略
図である。 10,100,200,304,306,316,318……光フアイバ結合装置、
16,18,308……ベース板、20,22……ボス、24,28,102,12
0,202,220……レンズホルダ、34,34a,136,246……調節
ねじ、56……フエルール、104,204……ハウジング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/32

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ビーム拡大レンズすなわち結像レンズにお
   のおの終端する一対の光ファイバを端部を突き合わせた
   関係で光学的に結合するための結合装置において、この
   結合装置は、軸線方向の穴と前記レンズの１枚をその軸
   線方向の穴の中に固定するの手段をおのおの有する、各
   前記光ファイバのためのベース手段と、それらのベース
   手段の向き合う端面の間に位置させることができ、光エ
   ネルギーを透過させる弾性部材と、前記ベース手段及び
   それらのベース手段の間に捕えられている弾性部材を相
   互に接続する第１の固定および調節手段および第２の固
   定および調節手段とを傭え、それにより、一方の光ファ
   イバおよびそのレンズから他方のレンズおよびその光フ
   ァイバへ透過できる光エネルギーを最適にするように、
   前記第１の固定および調節手段は一方のベース手段を他
   方のベース手段に対して粗角度調節を行うため、および
   前記第２の固定および調節手段は一方のベース手段を他
   方のベース手段に対して精密角度調節を行うために前記
   第１の固定および調節手段と前記第２の固定および調節
   手段は個々に軸線方向に移動できることを特徴とする一
   対の光ファイバを端部を突き合わせた関係で光学的に結
   合するための結合装置。
2. 【請求項２】光エネルギー源から光ファイバまで光エネ
   ルギーを送るための位置に前記光ファイバを全体として
   保持し、かつ、前記光エネルギー源へ接続できる第１の
   ベース手段と、前記光フアイバへ接続できる第２のベー
   ス手段と、少くとも前記第２のベース手段において前記
   光ファイバに組合わされるビーム拡大レンズすなわち結
   像レンズと、弾性部材と、前記ベース手段を、それらの
   ベース手段の向き合う端面の間に捕えられている前記弾
   性部材へ一緒に相互接続する第１の固定および調節手段
   ならびに第２の固定および調節手段とを含む結合装置内
   の前記光フアイバへ光エネルギー源から送ることができ
   る光エネルギーを最適にする方法において、前記光エネ
   ルギー源から試験光信号を送る過程と、前記光ファイバ
   が受けた試験光信号の強さを判定するために前記光ファ
   イバを監視する過程と、受けた信号が希望の強さに近づ
   くまで前記ベース手段の相対的な角度位置を粗に変更す
   るために前記第１の固定および調節手段を調節する過程
   と、受けた信号が希望の強さになって、それによりそれ
   以上の調節を求められないことを示すまで、前記ベース
   手段の相対的な角度位置を精密に変更するために前記第
   ２の固定および調節手段を調節する過程とを備えること
   を特徴とする光フアイバへ光エネルギー源から送ること
   ができる光エネルギーを最適にする方法。
3. 【請求項３】少なくとも１枚のレンズが球面レンズであ
   るようなビーム拡大レンズすなわち結像レンズにおのお
   の終端する一対の光ファイバを端部を突き合わせた関係
   で光学的に結合するための結合装置において、細長い円
   筒形ハウジング手段と、前記光ファイバの１本および関
   連するレンズを取付ける第１のフェルール手段と、前記
   円筒形レンズを内部に含み、他方の前記光ファイバを囲
   む光ファイバホルダを保持する第２のフェルール手段と
   を備え、前記第１のフェルール手段を前記ハウジング手
   段内の所定の位置に同定するために前記ハウジング手段
   に係合できる手段を有し、前記第２のフェルール手段
   は、その球面レンズを前記第１のフエルール手段のレン
   ズに近接させた状態で、前記ハウジング手段内に位置さ
   せることができ、前記第２のフェルール手段は前記球面
   レンズから離れた箇所で、半径方向に延長する、円周方
   向に隔てられて１つおきに配置された複数の第１のねじ
   穴および第２のねじ穴と、前記光ファイバホルダに係合
   するために前記第１のねじ穴と前記第２のねじ穴の中に
   それぞれ受けられる、半径方向に延長する第１の固定お
   よび調節手段および半径方向に延長する第２の固定およ
   び調節手段とを更に含み、それにより、一方の光ファイ
   バおよびそのレンズから他方のレンズおよび光ファイバ
   へ透過できる光エネルギーを最適にするように、前記第
   １の固定および調節手段は前記光ファイバホルダを前記
   ハウジング手段および前記第１のフェルール手段に対し
   て粗角度調節を行うために個々に移動でき、および、前
   記第２の固定および調節手段は前記光ファイバホルダを
   前記ハウジング手段および前記第１のフェルール手段に
   対して精密角度調節を行うために個々に移動できること
   を特徴とする一対の光ファイバを端部を突き合わせた関
   係で光学的に結合するための結合装置。
4. 【請求項４】円筒形ハウジング手段と、このハウジング
   手段内にビーム拡大レンズすなわち結像レンズを取付
   け、光ファイバを囲む光ファイバ保持手段を保持するフ
   ェルール手段と、前記光ファイバ保持手段に係合するた
   めに前記フェルール手段を貫通して半径方向に延長する
   第１の固定および調節手段および第２の固定および調節
   手段を含み、光エネルギーを前記光フアイバへ送るため
   の位置に全体として前記光ファイバを保持する結合装置
   内の前記光フアイバへ送ることができる光エネルギーを
   最適にする方法において、前記光ファイバが受けるため
   に前記光エネルギー源から試験光信号を送る過程と、前
   記光ファイバが受けた試験光信号の強さを判定するため
   に前記光ファイバを監視する過程と、受けた信号が希望
   の強さに近づくまで前記フェルール手段に対する前記光
   ファイバ保持手段の相対的な角度位置を粗に変更するた
   めに前記第１の固定および光エネルギー源を調節する過
   程と、前記第２の固定および調節手段を前記光ファイバ
   保持手段に係合させるために前記第２の固定および調節
   手段を調節する過程と、前記第１の固定および調節手段
   を僅かに後退させる過程と、受けた信号が希望の強さに
   なって、それによりそれ以上の調節を必要としないこと
   を示すまで、前記フェルール手段に対する前記光ファイ
   バ保持手段の角度位置を精密に変更するために前記第２
   の固定および調節手段を調節する過程とを備えることを
   特徴とする光フアイバへ送ることができる光エネルギー
   を最適にする方法。
5. 【請求項５】円筒形ハウジング手段と、このハウジング
   手段内にビーム拡大レンズすなわち結像レンズを取付
   け、光ファイバを囲む光ファイバ保持手段を保持するフ
   ェルール手段とを含む、光エネルギーを前記光フアイバ
   へ送るための位置に全体として前記光ファイバを保持す
   る結合装置内の前記光フアイバへ送ることができる光エ
   ネルギーを最適にする方法において、ジグの軸線方向の
   延長部が前記光ファイバ保持手段の円筒形延長部から半
   径方向に隔てられるようにそのジグを前記ハウジング手
   段上に位置させる過程と、半径方向に延長する調節手段
   を前記光フアイバ保持手段に係合させるためにその半径
   方向に延長する調節手段を前記ジグの延長部を通つて向
   ける過程と、前記光ファイバが受けるために試験信号を
   送る過程と、前記光ファイバが受けた送られたエネルギ
   ーの強さを判定するために前記光ファイバを監視する過
   程と、受けたエネルギーが希望の強さになって、それに
   より以上の調節を必要としないことを示すまで、前記ハ
   ウジング手段に対する前記ファイバ保持手段の角度位置
   を変更するために前記調節手段を調節する過程と、前記
   ハウジング手段に対する前記光ファイバ保持手段の調節
   された位置に前記光ファイバ保持手段を固定する過程
   と、前記ジグをフエルール保持手段と交換する過程とを
   備えることを特徴とする光フアイバへ送ることができる
   光エネルギーを最適にする方法。