JP3129904B2

JP3129904B2 - 光ファイバ調心装置

Info

Publication number: JP3129904B2
Application number: JP2048594A
Authority: JP
Inventors: 知已佐野; 啓司大阪; 眞弘濱田; 勇藤田; 伸一青島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH07230017A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバテープなど多
心の光ファイバ同士または、多心の光ファイバと光平面
導波路等との光接続技術に思いられる光ファイバ調心装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多心光ファイバ同士を接続する場合の一
般的な光接続技術として、基板上面に複数のＶ溝を高精
度に形成し、このＶ溝の長手方向両端から光ファイバを
嵌合し、Ｖ溝内で両ファイバの先端面を向い合わせ、複
数の片持ち梁により光ファイバの先端部を個別に押さえ
両ファイバの光軸が合った状態でクランプする方法が知
られている（例えば実公昭６３−４４８０２号参照）。

【０００３】しかし、実際には、基板に予め形成された
Ｖ溝内で光ファイバを上方から押さえるだけで、対向す
る光ファイバの端面同士をμｍ単位で調心するのは難し
く、ファイバ端面を微動させて調心しながら接続する必
要が生じる。

【０００４】また、上記の方法では、Ｖ溝内で光ファイ
の端面同士が対向しているので、例えば複数のＣＣＤカ
メラ等で上下各方向からファイバ端面を撮像しながら調
心状態を検知し、その信号にもとづいてフィードバック
制御しながら、ファイバ端面を調心移動して、接続する
自動融着接続機などには適用できない。

【０００５】このようなことから多心光ファイバ同士を
接続する際に必要な、多心光ファイバの個別調心装置の
開発が進められている（例えば、Third International
Synposiumon Micro Machine and Human Science p89-9
6" Micro Mass Axis Alignment Device with Piezo Ele
ments for Optical Fibers ）。

【０００６】上記の個別調心装置では、図７に示される
ように、上面に４５度の斜面１を有するマイクロアーム
２が２個１組として、各斜面１を対向させて複数組配設
されており、各マイクロアーム２の下端に直列に圧電導
素子３が結合されていて、この圧電導素子３がベース４
に固定されている。各マイクロアーム２は取付台５に設
けられた固定ガイド部材６を昇降自在に挿通している。

【０００７】上記の構成によると、２つのマイクロアー
ム２の各対向する斜面１によって構成される左右に分割
された調心用Ｖ溝１９に光ファイバ７の先端部を支持し
たうえ、各圧電導素子３に所定電圧を印加し、これを駆
動することにより、各マイクロアーム２を昇降させ、各
組の２つのマイクロアーム２の昇降動作を制御すること
により、各光ファイバ７をその半径方向、つまり図７に
おいて、矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ方向に微動させ、端面が対
向する相手側の光ファイバ（図示せず）との間で光軸合
わせを行なうことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】多心光ファイバの端面
同士を対向させたうえ、調心しつつ光接続する技術とし
て上記の個別調心装置はすぐれているが、未解決の問題
も残されている。すなわち、この装置を例えば融着接続
機等に応用し、光ファイバの端面の移動をＣＣＤカメラ
を使って撮像し、その状態をマイクロアームの駆動装置
にフィードバックしながら融着接続を行なう場合等に
は、光ファイバを調心移動中もこの光ファイバは調心用
Ｖ溝に確実にクランプされていて、マイクロアームに追
従して移動しなければならない。そして、このために
は、マイクロアームに支持される各光ファイバを個別に
クランプすることが必要であるが、このクランプ手段に
ついては上記の文献には開示がされていない。

【０００９】上記多心光ファイバの個別調心装置に使用
するクランプ手段として前述の実公昭６３−４４８０２
号に開示の片持ち梁の適用が考えられるが、この場合に
は次の問題が生じる。

【００１０】図８によって説明すると、片持ち梁８は下
面が平面であって、この平面がＶ溝（図示せず）に支持
された光ファイバ７と線接触している。そのため、光フ
ァイバ７がＶ溝の斜面をスライドして図８の実線から２
点鎖線の位置に移動するのに伴って片持ち梁８と光ファ
イバ７との接点が当該片持ち梁８の中心からずれ、図８
に矢印で示す方向の力を受け、片持ち梁８が点線で示す
位置に傾斜し、光ファイバとＶ溝との間に接触不良を発
生させ、調心不良を生じるという問題がある。

【００１１】図９は、図８に示す調心装置のＶ溝１ａに
支持された光ファイバ７を図８に示す片持ち梁８を用い
てクランプした場合の当該光ファイバ７の移動特性を示
すグラフである。同図では、横軸に光ファイバのＸ方向
（ファイバ配列方向）の変位が示され、縦軸にＹ方向
（Ｘ軸と直交する方向）の変位が示されている。

【００１２】そして、光ファイバ７を支持するＶ溝１ａ
の傾斜角度は垂直面に対し４５°に形成されているの
で、光ファイバ７の移動特性は理想的には図９の点線で
示すように傾き１で示される直線で表わすことができ
る。

【００１３】しかし、従来の片持ち梁８を使用して試験
した結果では、マイクロアーム２を駆動する圧電素子３
の印加電圧が８０．０以上の範囲では図９に実線で示さ
れるように傾き１の直線から外れていることが確認され
た。

【００１４】その原因は、上記の通り調心時に図８に示
されるように、片持ち梁８と光ファイバ７の接点が片持
ち梁８の中心からずれ、片持ち梁８が点線で示す状態に
傾斜し、光ファイバ７がＶ溝１ａに対し接触不良を発生
させたことによる。

【００１５】さらに、上記の個別調心装置に上記の片持
ち梁８を適用するとしても、当該複数の片持ち梁８の中
心が複数の光ファイバの中心と揃うよう正確に位置決め
する機構がないため、その具体的な実用化は困難である
という問題があった。

【００１６】本発明は、上記の欠点を改良し、光ファイ
バを半径方向に移動させて行なう多心光ファイバの調心
装置において、調心時光ファイバと、これを可動的に支
持するＶ溝との間に接触不良が生じない個別クランプ手
段を備えた光ファイバの調心装置を提供することを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の光ファイバ調心装置は、ファイバ調心用のＶ溝
を形成するための斜面を互いに向い合わせて配設し、か
つ駆動装置により微動するように設けられた複数個のマ
イクロアームと、上面に複数のファイバ固定溝が形成さ
れた第１の基板と、ファイバ固定溝に配列され、かつフ
ァイバ先端部がファイバ調心用のＶ溝に支持される複数
の光ファイバと、ファイバ先端部をクランプする個別ク
ランプ手段を具えた光ファイバ調心装置であって、個別
クランプ手段は、可撓性を有する複数の片持ち梁と、片
持ち梁の一端に形成されたクランプ用Ｖ溝と、片持ち梁
の他端に固定された第２の基板とからなり、この第２の
基板はファイバ固定溝に配設された光ファイバを押圧す
るように配設されていることを特徴とする。

【００１８】上記第１の基板と上記第２の基板のそれぞ
れの対向面にガイド用Ｖ溝を形成し、この対向するガイ
ド用Ｖ溝でガイドピンを挟持することにより、片持ち梁
と調心用Ｖ溝の各中心が揃うよう上記第１の基板と第２
の基板とを位置決めするとよい。

【００１９】また、片持ち梁は、第２の基板に近い側よ
りもクランプ用Ｖ溝に近い側が光ファイバに近接するよ
う光ファイバの光軸に対して傾斜角度を付して第２の基
板に取付けるとよい。

【００２０】

【作用】本発明の構成によると、マイクロアームの微動
により調心用Ｖ溝に支持された光ファイバをその断面の
半径方向に移動して調心する際、複数の光ファイバは片
持ち梁のクランプ用Ｖ溝によって調心用Ｖ溝に個別にク
ランプされているので、光ファイバは調心用Ｖ溝の斜面
との間で接触不良が生じず、各光ファイバはマイクロア
ームの移動に正確に追従して半径方向に移動し精度の高
い調心が行なわれる。

【００２１】また、片持ち梁が支持される第２の基板と
ファイバ固定溝が形成される第１の基板とは、それぞれ
の係合溝に係合するピンを介して容易にしかも高精度に
位置決めされるので、片持ち梁の中心と調心用Ｖ溝の中
心が揃うように容易に片持ち梁を固定できる。さらに、
片持ち梁は傾斜角度を有しかつ可撓性を有していて、そ
のバネ力によりクランプ時、クランプ用Ｖ溝の斜面がフ
ァイバと圧接するように設けられているので光ファイバ
が調心用Ｖ溝の斜面に沿って下方に移動するときもクラ
ンプ作用が失なわれることがない。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００２３】図１は光ファイバ調心装置の斜視図、図２
〜図４は同装置の動作説明図である。各図において、水
平方向に伸びるアーム本体１２ａと、アーム本体１２ｂ
の先端の立上り部１２ｂとからなる複数のマイクロアー
ム１２が配設されている。各マイクロアーム１２の立上
り部１２ｂの上面には斜面１２ｃが形成されている。そ
して、マイクロアーム１２は２個１組となってその斜面
１２ｃが向い合うように配設され、この向い合う斜面１
２ｃにより左右が分割された光ファイバの調心用Ｖ溝１
４が形成される。図示例では、この斜面１２ｃの傾斜角
は垂直面に対して４５度の角度に設けられている。

【００２４】上記の各調心用Ｖ溝１４には図２以下に示
される多心の光ファイバ７が支持されるものであり、し
たがって多心の光ファイバ７と同数の調心用Ｖ溝１４を
形成すべく、これと同じ複数組のマイクロアーム１２が
並設される。各マイクロアーム１２のアーム本体１２ａ
下部には直列に圧電導素子１３が結合されていて、この
圧電導素子１３に所定の電圧を印加することにより、マ
イクロアーム１２の立上り部１２ｂの昇降移動が制御さ
れる。

【００２５】マイクロアーム１２の上方で、かつその立
上り部１２ｂの手前（図１において左側）の位置に、こ
れらと一定の間隔を隔てて第１の基板１５が配設されて
いる。第１の基板１５の上面は複数の断面がＶ溝状のフ
ァイバ固定溝１６が形成されている。この複数のファイ
バ固定溝１６は平行に配設され、かつ第１の基板１５の
前後の端面に伸びていると共に、マイクロアーム１２の
立上り１２ｂの上端の斜面１２ｃによって形成される調
心用Ｖ溝１４の延長線上に位置するように設けられてい
る。

【００２６】そして、ファイバ固定溝１６に固定された
多心の光ファイバ７は第１の基板１５の前端面１５ａか
ら伸長していて、このファイバ先端部７ａが自由端とな
っていて、上記Ｖ溝１４により当該ファイバの半径方向
に可動的に支持されいている。

【００２７】一方、マイクロアーム１２および第１の基
板１５の上方には、個別クランプ手段１９が配設されて
いる。個別クランプ手段１９は複数の片持ち梁１８によ
って構成され、片持ち梁１８はそれぞれ多心の光ファイ
バ７に対応して設けられており、かつ可撓性を有する材
質で構成されている。また、片持ち梁１８の基端は第２
の基板２０に一体に形成されていて、他端には光ファイ
バ７との接触部にクランプ用Ｖ溝２１が形成された押圧
部２２を有している。クランプ用Ｖ溝２１の両斜面は垂
直面に対し４５度傾斜している。

【００２８】第２の基板２０の下面２０ａは第１の基板
１５の上面と平行に形成されているのに対し、当該第２
の基板２０の上面２０ｂは前下がりになるよう第１の基
板１５の上面に対し所定の傾斜角が付形されている。そ
して、片持ち梁１８の基端は、第２の基板２０の前端面
２０ｃで、かつ上面２０ｂと面一となるよう、この上面
２０ｂの傾斜角と同じ前下りの傾斜角を有して第２の基
板２０と一体に設けられている。

【００２９】また、第１の基板１５の上面で、ファイバ
固定溝１６の両外側には、このファイバ固定溝１６と平
行に第１ガイド用Ｖ溝２３が形成されている。これに対
応して第２の基板２０の下面にも第２のガイド用Ｖ溝２
４が形成されている。

【００３０】第１のガイド用Ｖ溝２３と第２のガイド用
Ｖ溝２４はそれぞれ第１の基板１５と第２の基板２０に
高精度に形成されているので、図１に示すように対向す
る第１と第２のガイド用Ｖ溝２３，２４の間にガイドピ
ン２５を配設したうえ、第１の基板１５の上面に第２基
板２０の下面を当てがい、第１と第２のガイド用Ｖ溝２
３，２４でガイドピン２５を挟持することにより、第１
の基板１５と第２の基板２０を容易かつ高精度に位置決
めできる。こうして第１の基板１５と第２の基板２０を
位置決めした後、両基板は所定の固定手段で固定され
る。

【００３１】本実施例の動作を図２〜図４を参照して説
明する。

【００３２】図２（ａ），（ｂ）には、光ファイバ７が
個別クランプ手段１９によりマイクロアーム１２の斜面
１２ｃで形成される調心用Ｖ溝１４にクランプされる前
段階の状態が示されている。図３（ａ），（ｂ）には光
ファイバ７が個別クランプ手段１９によりマイクロアー
ム１２の斜面１２ｃで形成される調心用Ｖ溝１４にクラ
ンプされた状態が示されている。この状態では、ファイ
バ固定溝１６内の光ファイバ７が第２基板２０の下面で
押さえられ、かつ片持ち梁１８のクランプ用Ｖ溝２１で
ファイバ先端部１７ａが調心用Ｖ溝１４の底に向けて押
さえられている。このとき可撓性を有する片持ち梁１８
は下方に凸となるよう曲げられていて、押圧部２２を下
向きに付勢している。

【００３３】次に調心に際して各マイクロアーム１２の
駆動装置である圧電導素子１３に所定の電圧を印加す
る。それにより、図４（ａ），（ｂ）に示されるように
マイクロアーム１２の立上り部１２ｂが矢印方向に上昇
する。２つのマイクロアーム１２を相互に制御し、各マ
イクロアーム１２の立上り１２ｂを同時に上下動させ、
また２つの立上り部１２ｂを交互に上下動することによ
り、図７で説明した調心装置と同じ原理で光ファイバ７
の先端を、ファイバ端面からみて上下方向及び左右の斜
め上下方向に移動させ、端面同士を対向して設けた相手
側の光ファイバ（図示せず）との間で光軸合わせを行な
うことができる。

【００３４】この場合、調心用Ｖ溝１４に支持された光
ファイバ７は片持ち梁１８の押圧部２２で押さえられて
いるので調心時、調心用のＶ溝１４から浮き上がること
がなく、調心用Ｖ溝１４の両側の斜面１２に沿って移動
し、スムーズな調心作業が行なわれる。またこの時、図
５に示されるように押圧部２２のクランプ用Ｖ溝２１が
光ファイバ７と接していて、当該光ファイバ７が図５の
実線から２点鎖線の位置に移動するとき、光ファイバ７
はクランプ用Ｖ溝２１の両斜面と接触した状態が保持さ
れているので、押圧部２２に傾きが生じない。それによ
り、光ファイバ７の先端部７ａは押圧部２２に常にクラ
ンプされているので、調心移動中も光ファイバ７は調心
用Ｖ溝１４との間で接触不良を発生しない。

【００３５】また、可撓性を有する片持ち梁１８は第２
の基板２０の側よりも押圧部２２の側が光ファイバ７に
近ずくよう前下がりに傾斜して第２の基板２０に設けら
れていて、クランプ時片持ち梁１８が撓んでその先端の
押圧部２２が下向きに付勢されるように設けられている
ので、片持ち梁１８の厚み方向のバネ力だけでなく、長
手方向のバネ力も利用できる。したがって、調心用Ｖ溝
１４に支持されて光ファイバ７が上向きと下向きに可動
するとき、その全可動範囲に亘ってより強いバネ力と、
より均等な付勢状態を維持でき、この点においても光フ
ァイバ７の円滑なクランプが可能となる。

【００３６】本発明者は本実施例に係る個別クランプ手
段１９を試作し、これを使用した光ファイバ調心装置に
おける調心時の光ファイバの移動特性を測定した。

【００３７】図６は上記の片持ち梁１８を用いて調心用
Ｖ溝１４に光ファイバ７をクランプした場合の当該光フ
ァイバ７の移動特性を示すグラフである。同図では、図
９のグラフと同様横軸に光ファイバ７の配列方向（Ｘ方
向）の変位を示し、縦軸にＹ方向（Ｘ軸と直交する方
向）の変位がそれぞれ示されている。

【００３８】そして、本実施例でも調心用Ｖ溝１４の傾
斜角度は垂直面に対し４５°のものが使用されているの
で、光ファイバ７の移動特性は理想的には傾き１の直線
で表わすことができる。測定の結果図９のグラフに実線
で示されるように移動特性の傾きは１となり、ほぼ設計
値と等しいことが確認された。

【００３９】さらに、調心時の光ファイバの移動をカメ
ラを使用して撮像し、画像処理によるフィードバック制
御を行ったところ良好な動作特性が得られ、スムーズな
調心作業が行なえることが確認された。これは上述の通
り、個別クランプ手段１９により光ファイバ７が調心移
動中も調心用Ｖ溝１４との接触を保持できたことによる
ものである。

【００４０】なお、本実施例において、個別クランプ手
段１９の複数の片持ち梁１８の幅寸法は約１００μｍで
あり、これをμｍ単位の寸法間隔で整列させて作製する
技術は少なく、このため特殊加工機が必要であり、しか
もその加工に適した材料も限られるという課題が残され
ていた。

【００４１】この点に関し、本発明者は個別クランプ手
段１９の作製方法については従来の機械加工は採用せ
ず、半導体集積回路の製造技術、具体的にはフォトリソ
グラフィ、エッチング技術、薄膜形成技術等を応用し、
それぞれの方法により個別クランプ手段１９を作製し
た。

【００４２】その結果、機械加工よりも精度良く作製す
ることができたもので、特に本実施例において最も重要
な片持ち梁１８の弾性変形を有効に、しかも設計通りに
動作させることが可能となった。また、この方法による
と、機械加工により個別クランプ手段１９の各部を個々
に切削して作製するものに比して量産が可能となり、コ
ストダウンが図られるというメリットも確認された。

【００４３】また本発明は、多心光ファイバ同士の接続
に限らず、多心光ファイバと光デバイスの光平面導波路
との光接続技術に適用することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、多
心光ファイバの調心時マイクロアームによって可動する
調心用Ｖ溝に支持された光ファイバは、片持ち梁に形成
されたクランプ用Ｖ溝でクランプされているので、ファ
イバ調心移動中も調心用Ｖ溝との接触が保持されてスム
ーズな調心作業が可能となる。また、片持ち梁が取付け
られる第２の基板とファイバ固定溝が形成される第１の
基板とは、それぞれに形成されたガイド用Ｖ溝でガイド
ピンを挟持することにより、容易かつ高精度に位置決め
できるので、複数の光ファイバとこれをクランプする複
数の片持ち梁のそれぞれの配列方向の容易かつ高精度の
位置決めが可能となる。

【００４５】さらに、片持ち梁は可撓性を有し、かつ光
ファイバの光軸に対して傾斜角を有していて、そのクラ
ンプ用Ｖ溝で光ファイバをクランプするとき片持ち梁の
厚み方向と長さ方向のバネ力が合成されるように設けら
れているので、調心用Ｖ溝に支持されて半径方向に移動
する光ファイバの移動全範囲に亘って、この片持ち梁の
有する均等かつ強力で安定したバネ力で光ファイバを調
心用Ｖ溝にクランプすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る光ファイバ調心装置の斜
視図である。

【図２】分図（ａ）は光ファイバをクランプする前段階
における光ファイバ調心装置の側面説明図、分図（ｂ）
は（ａ）の右側面拡大図である。

【図３】分図（ａ）は光ファイバをクランプしたときの
図２と同じ側面説明図、分図（ｂ）は（ａ）の右側面拡
大図である。

【図４】分図（ａ）は調心動作時の図２と同じ側面説明
図、分図（ｂ）は（ａ）の左側面拡大図である。

【図５】図（４）における光ファイバ調心移動時のクラ
ンプ状態の説明図である。

【図６】光ファイバ調心時におけるＸ，Ｙ方向への光フ
ァイバの移動関係を示すグラフである。

【図７】従来の光ファイバ調心装置の断面説明図であ
る。

【図８】図７の装置において、平板状のクランプ手段で
クランプされた光ファイバ調心移動時のクランプ状態の
説明図である。

【図９】図８のクランプ状態での光ファイバ調心時にお
けるＸ，Ｙ方向への光ファイバの移動関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

７…光ファイバ、１２…マイクロアーム、１２ｃ…斜
面、１３…圧電素子、１５…第１の基板、１４…調心用
Ｖ溝、１８…片持ち梁、１９…個別クランプ手段、２０
…第２の基板、２１…クランプ用Ｖ溝、２２…押圧部、
２３…第１ガイド用Ｖ溝、２４…第２ガイド用Ｖ溝、２
５…ガイドピン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者濱田眞弘神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者藤田勇神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者青島伸一東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平５−273430（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/24 - 6/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ファイバ調心用のＶ溝を形成するための
斜面を互いに向い合わせて配設し、かつ駆動装置により
微動するように設けられた複数個のマイクロアームと、
上面に複数のファイバ固定溝が形成された第１の基板
と、前記ファイバ固定溝に配列され、かつファイバ先端
部が前記ファイバ調心用のＶ溝に支持される複数の光フ
ァイバと、前記ファイバ先端部をクランプする個別クラ
ンプ手段を具えた光ファイバ調心装置であって、前記個別クランプ手段は、可撓性を有する複数の片持ち
梁と、前記片持ち梁の一端に形成されたクランプ用Ｖ溝
と、前記片持ち梁の他端が固定された第２の基板とから
なり、この第２の基板は前記ファイバ固定溝に配設され
た前記光ファイバを押圧するように配設されていること
を特徴とする光ファイバ調心装置。
【請求項２】前記第１の基板に第１のガイド用Ｖ溝
が、前記第２の基板に第２のガイド用Ｖ溝がそれぞれ形
成され、この第１、第２のガイド用Ｖ溝でガイドピンを
挟持することにより、前記第１の基板と前記第２の基板
とが位置決めされることを特徴とする請求項１記載の光
ファイバ調心装置。
【請求項３】前記片持ち梁は、前記第２の基板に近い
側よりも前記クランプ用Ｖ溝の側が前記光ファイバに近
接するよう、前記光ファイバの光軸に対して傾斜角度を
付して前記第２の基板に取付けられていることを特徴と
する請求項１記載の光ファイバ調心装置。