JP3325742B2 - 光結合器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信用の光結合器に
関するもので、特に光電変換素子と光ファイバーコード
とを集光レンズを介して光学的に接続する構造を持つ光
結合器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のこの種の光結合器の構造を
示す断面図である。図において１は光電変換素子で、電
気信号を光信号に変換して出力する半導体レーザ素子等
の発光素子、あるいは光信号を電気信号に変換して出力
するフォトダイオード等の受光素子である。

【０００３】２は前記光電変換素子１を搭載した金属製
のヘッダで、２ａはこのヘッダ２に設けられた端子であ
り、ここでヘッダ２はコンパクトディスク用に開発され
た小型のものが使用されており、光電変換素子１をボン
ディング固定するために表面にＡｕメッキが施されてい
る。３は前記光電変換素子１を覆って気密封止するため
にヘッダ２上に固定されたキャップで、内部に不活性ガ
スを注入することにより光電変換素子１の酸化防止が図
られている。

【０００４】このキャップ３は、前記光電変換素子１と
の対向面に透明板４で封止された光透過用窓５を有して
おり、この光透過用窓５側の外面にＹＡＧレーザーによ
る溶接で後述するレンズホルダーを直接固定できるよう
に肉厚に形成されている。６は集光レンズとしての非球
面レンズで、比較的長さの短い金属鏡筒７の一端内側に
一体に密着するように圧入固定するか、または半田付け
やロウ付けにより固定されている。

【０００５】８は金属鏡筒７より長さの長い金属製の筒
状のレンズホルダーで、その機能としては光電変換素子
１に対する非球面レンズ６の光軸方向の位置決めと、後
述する光ファイバーコードの固定を非球面レンズ６の焦
点位置で行えるようにすることであり、このレンズホル
ダー８内に非球面レンズ６を固定した金属鏡筒７がその
一端がレンズホルダー８の一端と一致するように挿入固
定されている。

【０００６】９は光ファイバーコード、１０は円筒状に
形成されたフェルール、１１はセラミック製のパイプで
あり、ここで光ファイバコード９は、フェルール１０内
に挿入されてエポキシ系の接着剤により固定されてい
る。また、光ファイバコード９の端部は、外皮を除去し
てコア及びクラッドから成る素線部９ａを露出させ、こ
の素線部９ａはフェルール１０の先端内側に挿入固定し
たパイプ１１の中心部に保持されていて、その端面はに
研磨処理が施されている。

【０００７】１２は前記フェルール１０と同様の金属に
より形成されたスリーブである。１３はレンズホルダー
８の外周部に設けられるフランジで、このフランジ１３
の所定位置には図示しないネジを挿通させる複数の孔１
４が設けられている。このような構成要素からなる光結
合器は次のように組み立てられる。まず、光電変換素子
１のキャップ３までの距離によりレンズホルダー８に対
する非球面レンズ６の固定位置を決定し、非球面レンズ
６と一体の金属鏡筒７をレンズホルダー８の一端内側に
圧入して固定するか、または非球面レンズ６と一体の金
属鏡筒７をレンズホルダー８の一端内側に挿入して、金
属鏡筒７とレンズホルダー８とをＹＡＧレーザーによる
溶接で固定する。

【０００８】その後、このレンズホルダー８の一端に光
電変換素子１を搭載したヘッダ２に取り付けたキャップ
３を配置すると共に、レンズホルダー８の他端にはスリ
ーブ１２に挿入したフェルール１０を配置する。そし
て、キャップ３上でレンズホルダー８と一体に非球面レ
ンズ６を光軸に対して垂直の方向に移動させて調整し、
更にスリーブ１２と一体にフェルール１０を光軸に対し
て垂直の方向に移動させて調整すると共に、フェルール
１０を光軸の方向に移動させて調整することにより、光
電変換素子１と光ファイバーコード９の素線部９ａ非球
面レンズ６を介して光学的に最適に接続されるように光
軸調整を行う。

【０００９】こうして光軸調整を行った後、キャップ３
とレンズホルダー８、フェルール１０とスリーブ１０、
スリーブ１０とレンズホルダー８の順にＡ，Ｂ，Ｃで示
した接合部をＹＡＧレーザーにより溶接固定する。一
方、フランジ１３は、その中央部に設けられている取り
付け孔によりレンズホルダー８の外周部に嵌め込まれ、
Ｄの位置でＹＡＧレーザーにより溶接固定される。

【００１０】このときの溶接部のクリアランスは１０μ
ｍ程度に抑えられているようレンズホルダー８の外径と
フランジ１３の穴径は精度よく加工されている。このよ
うに組み立てられた光結合器は、フランジ１３に設けら
れている各々の孔１４に図示しないネジを通し、このネ
ジを光電変換素子１駆動用のドライバ等の電子回路を実
装した筐体に直接あるいはナットを介して締結すること
により取り付けられ、このときヘッダ２に設けられてい
る端子２ａは筐体内の電子回路に接続される。

【００１１】この状態において光結合器は、光電変換素
子１が半導体レーザ素子等の発光素子であれば、前記電
子回路から与えられる電気信号を光電変換素子１により
光信号に変換し、非球面レンズ６を介して光ファイバ９
の素線部９ａに入射させて伝搬させる。また、前記光電
変換素子１がフォトダイオード等の受光素子である場合
は、図示しない装置から光ファイバコード９の素線部９
ａを伝搬してきた光を非球面レンズ６を介して光電変換
素子１で受光し、電気信号に変換して前記電子回路に出
力する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光結合器では、フランジ１３を筐体にネジで固
定した後、筐体内の電子回路にヘッダ２の端子２ａを半
田付けにより接続した場合、応力がキャップ３とレンズ
ホルダー８との溶接部つまり図４におけるＡの位置にか
かりやすくなって、長期間の信頼性を維持することが困
難であるという問題があり、かつフランジ１３とレンズ
ホルダー８との溶接固定においては、フランジ１３の中
央部に設けられる取り付け孔の孔径やレンズホルダー８
の外径を高精度に加工することが必要で高価になるとい
う問題がある。

【００１３】また、レンズホルダー８に対して集光レン
ズとしての非球面レンズ６を固定する手段としては、レ
ンズホルダー８への金属鏡筒７の圧入またはＹＡＧレー
ザーによる溶接があるが、圧入により固定する場合、金
属鏡筒７の内径及びレンズホルダー８の外径を数μｍの
精度で管理する必要があるために高価になるという問題
がある。

【００１４】一方、レンズホルダー８と金属鏡筒７とを
溶接する場合は以下の問題がある。すなわち、図５は図
４の要部拡大図で、こ図に見られるように金属鏡筒７と
レンズホルダー８の一端の境界部分であるＤ部に実線の
矢印で示したＹＡＧレーザーによる溶接用光線を当てて
溶接を行った場合、溶接の際の熱や溶接部の収縮により
発生する引っ張り応力が生じ、非球面レンズ６が金属鏡
筒７に圧入されている場合は、非球面レンズ６の保持力
が低下し、非球面レンズ６が金属鏡筒７に半田付けある
いはロウ付けされている場合は、半田付けあるいはロウ
付け個所にクラックが発生するという問題があり、しか
も金属鏡筒７とレンズホルダー８の端面が荒れてキャッ
プ３との溶接に支障を生じるという問題もある。

【００１５】これを回避するために、前記Ｄ部と逆側の
Ｅ部つまり金属鏡筒７の他端とレンズホルダー８の内面
の境界部分に実線の矢印で示した溶接用光線を当てて溶
接を行った場合は、このＥ部が非球面レンズ６と金属鏡
筒７との固定部から離れているため、溶接による非球面
レンズ６への応力の影響は少なくなり、非球面レンズ６
の保持力に低下や半田付けあるいはロウ付け個所のクラ
ックは発生しなくなるが、この場合は金属鏡筒７の他端
に対してレンズホルダー８の内面が垂直面になるため、
この内面で溶接光線が反射し、その反射光線により非球
面レンズ６の表面が焼けてしまうという問題が生じる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
を解決するためになされたもので、そのため、本発明
は、ヘッダに搭載された光電変換素子を覆うように前記
ヘッダに固定されたキャップをレンズホルダーに一端に
溶接固定し、このレンズホルダー内に固定された集光レ
ンズを介して前記光電変換素子に光学的に結合される光
ファイバーを保持したスリーブを前記レンズホルダー他
端に溶接固定すると共に、前記光電変換素子に接続され
る電子回路を備えた筐体に固定するためのフランジを備
える光結合器において、前記フランジを前記キャップに
固定して、前記フランジを前記筐体に固定した後、前記
ヘッダに加わる応力が前記キャップとレンズホルダーと
の溶接固定部にかからないようにしたことを特徴とす
る。

【００１７】

【作用】上述した構成を有する本発明は、ヘッダに搭載
された光電変換素子を覆うキャップにフランジを溶接固
定し、このフランジを電子回路を実装した筐体に固定す
るようにしているため、筐体内の電子回路にヘッダの端
子を半田付けにより接続した場合でも、応力はキャップ
とレンズホルダーとの溶接部に加わることがなくなり、
長期間信頼性を維持することができる。

【００１８】

【実施例】以下に図面を参照して実施例を説明する。図
１は本発明による光結合器の第１の実施例を示す側断面
図である。図において１は光電変換素子、２はヘッダ、
３はキャップ、４は透明板、５は光透過用窓、６は集光
レンズとしての非球面レンズ、７は金属鏡筒、８はレン
ズホルダー、９は光ファイバコード、９ａは素線部、１
０はフェルール、１１はセラミック製のパイプ、１２は
スリーブ、１３はフランジであり、これらは従来のもの
に相当するので同一の符号で示しているが、この実施例
はレンズホルダー８に溶接用孔８ａを設けて、この溶接
用孔８ａを利用して金属鏡筒７とレンズホルダー８を溶
接すると共に、フランジ１３をキャップ３に溶接固定す
る点で従来と異なっている。

【００１９】すなわち、本実施例ではレンズホルダー８
の一端からほぼ金属鏡筒７の長さに相当する位置の円周
上に複数の溶接用孔８ａを設けておき、予め非球面レン
ズ６と一体化した金属鏡筒７をレンズホルダー８の一端
内側に挿入して、金属鏡筒７の他端外周とレンズホルダ
ー８の内周との接触部であるＥの位置に各々の溶接用孔
８ａの外側からＹＡＧレーザーの溶接光線を当てること
により溶接固定した構成としている。

【００２０】尚、その後、このレンズホルダー８の一端
に光電変換素子１を搭載したヘッダ２に取り付けたキャ
ップ３を配置すると共に、レンズホルダー８の他端には
スリーブ１２に挿入したフェルール１０を配置し、光軸
調整を行ってキャップ３とレンズホルダー８、フェルー
ル１０とスリーブ１０、スリーブ１０とレンズホルダー
８の順にＡ，Ｂ，Ｃで示した接合部をＹＡＧレーザーに
より溶接固定することは従来と同様である。

【００２１】一方、フランジ１３は、その中央部にキャ
ップ３の外径が嵌まる大きさの取り付け孔を設け、この
取り付け孔によりキャップ３の外周部に嵌め込まれ、Ｇ
の位置でＹＡＧレーザーにより溶接固定される。このよ
うに組み立てられた光結合器は、フランジ１３に設けら
れている各々の孔１４に図示しないネジを通し、このネ
ジを光電変換素子１駆動用のドライバ等の電子回路を実
装した筐体に直接あるはナットを介して締結することに
より取り付けられ、このときヘッダ２に設けられている
端子２ａは筐体内の電子回路に接続され、そして、この
状態において光結合器は、従来と同様に電気信号の光電
変換を行う。

【００２２】すなわち、光電変換素子１が半導体レーザ
素子等の発光素子であれば、前記電子回路から与えられ
る電気信号を光電変換素子１により光信号に変換し、非
球面レンズ６を介して光ファイバ９の素線部９ａに入射
させて伝搬させる。また、前記光電変換素子１がフォト
ダイオード等の受光素子である場合は、図示しない装置
から光ファイバコード９の素線部９ａを伝搬してきた光
を非球面レンズ６を介して光電変換素子１で受光し、電
気信号に変換して前記電子回路に出力する。

【００２３】以上説明した第１の実施例によれば、ヘッ
ダ２に搭載された光電変換素子１を覆うキャップ３にフ
ランジ１３を溶接固定し、このフランジ１３を電子回路
を実装した筐体に固定するようにしているため、筐体内
の電子回路にヘッダ２の端子２ａを半田付けにより接続
した場合でも、応力はキャップ３とレンズホルダー８と
の溶接部に加わることがなくなり、長期間信頼性を維持
できるという効果が得られる。

【００２４】また、レンズホルダー８に対する非球面レ
ンズ６の固定については、レンズホルダー８の一端から
ほぼ金属鏡筒７の長さに相当する位置の円周上に複数の
溶接用孔８ａを設けて、予め非球面レンズ６と一体化し
た金属鏡筒７をレンズホルダー８の一端内側に挿入し
て、金属鏡筒７の他端外周とレンズホルダー８の内周と
の接触部であるＦの位置に各々の溶接用孔８ａの外側か
らＹＡＧレーザーの溶接光線を当てることにより溶接固
定した構成としているため、溶接箇所が非球面レンズ６
と金属鏡筒７との固定箇所から離れた位置となり、その
ため非球面レンズ６の損傷や、半田付けあるいはロウ付
け個所のクラックの発生を防止できると共に、溶接光線
の反射により非球面レンズ６の表面が焼けてしまうとい
うこともなくなり、これにより金属鏡筒７とレンズホル
ダー８との固定を溶接により行うことが可能になるの
で、レンズホルダー８に対する非球面レンズ６の固定を
安価に行うことが可能になるという効果も得られる。

【００２５】図２は本発明による光結合器の第２の実施
例を示す側断面図である。この第２の実施例は、フラン
ジ１３をキャップ３の外周部に嵌め込むことは第１の実
施例と同じであるが、このフランジ１３をキャップ３の
鍔部３ａに溶接固定した構成としたものである。すなわ
ち、キャップ３のヘッダ側の開口部には、ヘッダ２と固
定するために外側に張り出した鍔部３ａが形成されてい
るので、本実施例ではこのキャップ３の鍔部３ａにフラ
ンジ１３を当接させ、この鍔部３ａとフランジ１３とを
Ｈの位置でＹＡＧレーザーにより溶接固定したもので、
他の構成は第１の実施例と同一である。

【００２６】このようにした第２の実施例によれば、第
１の実施例と同様の効果が得られる他、フランジ１３の
中央部に設けられる取り付け孔の孔径を高精度に加工す
る必要がなくなり、安価に製造できるという効果が得ら
れる。つまり、キャップ３がしぼり加工等でつくられた
標準品である場合、キャップ３の外径精度は必ずしも高
精度に管理されるわけではないので、フランジ１３の中
央部に設けられる取り付け孔の孔径を高精度に加工する
ことが必要となるが、第２の実施例のようにフランジ１
３をキャップ３の鍔部３ａに溶接固定した構成とすれ
ば、フランジ１３の取り付け孔の孔径の精度に関係な
く、フランジ１３をキャップ３に確実に固定できるの
で、安価に製造できるものとなる。

【００２７】図３は本発明による光結合器の第３の実施
例を示す側断面図である。この第３の実施例は、集光レ
ンズとしてのボールレンズ１５を圧入や溶接によりレン
ズホルダー１６の内部に直接固定したものを用いた光結
合器に適用したもので、この他の構成は第１の実施例と
同様になっている。このような構成による第３の実施例
でも、ヘッダ２に搭載された光電変換素子１を覆うキャ
ップ３にフランジ１３を溶接固定し、このフランジ１３
を電子回路を実装した筐体に固定するようにしているた
め、筐体内の電子回路にヘッダ２の端子２ａを半田付け
により接続した場合でも、応力はキャップ３とレンズホ
ルダー８との溶接部に加わることがなくなり、長期間の
信頼性を維持できるという効果が得られる。

【００２８】無論、この第３の実施例において、フラン
ジ１３をキャップ３の鍔部３ａに溶接することも可能で
あり、このような構成とすれば、上述した第２の実施例
と同様の効果、つまりフランジ１３の取り付け孔の孔径
の精度に関係なく、フランジ１３をキャップ３に確実に
固定できるので、安価に製造できるという効果も得られ
るものとなる。

【００２９】尚、本発明は上述した実施例に限られるも
のではなく、細部においては種々の変更が可能である。
例えば、前記第１，第２の実施例は、集光レンズとして
非球面レンズ６を用いるものとしたが、非球面レンズ６
の代わりにボールレンズやロッドレンズ等の集光レンズ
を金属鏡筒７の一端内側に一体に密着するように圧入固
定するか、または半田付けやロウ付けにより固定したも
のもあり、このような集光レンズを用いた光結合器に対
しても適用可能である。

【００３０】また、前記第１，第２の実施例では、レン
ズホルダー８に溶接用孔８ａを設けて、この溶接用孔８
ａを利用して金属鏡筒とレンズホルダー８とを溶接固定
するものとしたが、溶接用孔８ａの代わりにレンズホル
ダー８の一端から切り込みを入れて溶接用スリットを形
成し、この溶接用スリットを利用して金属鏡筒とレンズ
ホルダー８とを溶接固定する構成としてもよい。

【００３１】更に、第３の実施例では，集光レンズとし
てのボールレンズ１５をレンズホルダー１６の内部に直
接固定したものを示したが、非球面レンズやロッドレン
ズをレンズホルダー１６の内部に直接固定したものを用
いた光結合器に適用することも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ヘッダ
に搭載された光電変換素子を覆うキャップにフランジを
溶接固定し、このフランジを電子回路を実装した筐体に
固定するようにしているため、筐体内の電子回路にヘッ
ダの端子を半田付けにより接続した場合でも、応力はキ
ャップとレンズホルダーとの溶接部に加わることがなく
なり、長期間信頼性を維持できるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す側断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す側断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す側断面図である。

【図４】従来例を示す側断面図である。

【図５】従来例の要部拡大図である。

【符号の説明】

１ 光電変換素子 ２ ヘッダ ３ キャップ ４ 光透過用窓 ５ 透明板 ６ 非球面レンズ ７ 金属鏡筒 ８ レンズホルダー ８ａ 溶接用孔 ９ 光ファイバコード ９ａ 素線部 １０ フェルール １３ フランジ １４ 孔 １５ ボールレンズ １６ レンズホルダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−136387（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−299091（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−108349（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−121706（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−103413（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/42

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘッダに搭載された光電変換素子を覆う
   ように前記ヘッダに固定されたキャップをレンズホルダ
   ーに一端に溶接固定し、このレンズホルダー内に固定さ
   れた集光レンズを介して前記光電変換素子に光学的に結
   合される光ファイバーを保持したスリーブを前記レンズ
   ホルダー他端に溶接固定すると共に、前記光電変換素子
   に接続される電子回路を備えた筐体に固定するためのフ
   ランジを備える光結合器において、 前記フランジを前記キャップに固定して、前記フランジ
   を前記筐体に固定した後、前記ヘッダに加わる応力が前
   記キャップとレンズホルダーとの溶接固定部にかからな
   いようにしたことを特徴とする光結合器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光結合器において、 キャップの外周面にフランジを溶接固定したことを特徴
   とする光結合器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の光結合器において、 キャップをヘッダに固定するために、該キャップに設け
   られた鍔部にフランジを溶接固定したことを特徴とする
   光結合器。