JP3673718B2 - 自己調整性光学繊維ターミネータ - Google Patents
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学繊維ターミネータに関し、特に光学繊維の先端を軸的及び同心的に調整する光学繊維ターミネータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＴ型のターミネータはデジタル及びアナログの両方の用途での光学繊維の一般的末端処理法に用いられている。光を用いる材料の定量的検討には試料に光を当て試料から反射した光又は試料を透過した光のいずれかを分析することが必要である。光を試料に運ぶために光学繊維を用いる場合には光が光学繊維の先端を出るとき急速に分散し且つ平行なビームに制御する必要がある。光が試料から反射し又は試料を通過する際には、分析機器に効率的に光を移送するために光を光学繊維先端の小さい芯に導入できるように光を集束する必要がある。いずれの場合も、光学繊維先端から正確な位置に集束部材を配する。光学繊維と集束部材の距離は、光学繊維及び集束部材の同心化と同様に、これらの用途での信頼性のある光信号を保証するのに重要である。
【０００３】
工業基準ＳＴターミネータは光学繊維先端の位置を正確に制御するようには設計されていない。ＳＴターミネータの主要構成部材は、通常差し込み（ベヨネット）型接続として知られている押してねじる方式の機構に配した円筒状フェルールである。このフェルールの１端は外部ショルダをもち、光学繊維が挿入可能なような構造となっている。他端はフェルールの直径より小さい開口をもち、内部ショルダを形成している。挿入時に光学繊維先端が内部ショルダ内を通って延び外面をもつ外部ショルダ内部に軸的に合わされる。工業標準ターミネータは位置決めのための、先端から距離のある、コネクタの外部ショルダとの接触に依存している。ＳＴ末端処理方法は、最初の製造とフィールド修理の間、内部ショルダとそのなかの光学繊維をもつフェルールの端部を研磨する工程を含んでいる。この方法は、研磨したフェルールをコネクタの外部ショルダから延ばすとき、フェルールの最終長さに、コネクタからコネクタまでミリ単位のかなりの不一致をもたらす。光学繊維から距離のある軸位置の制御の試みはこれらの変化に対応していず、集束部材と光学繊維先端との間の距離に同様の変化をもたらす。集束のための軸的と同心化のための放射的の両方にＳＴ光学繊維ターミネータの先端を正確に位置決めする手段があれば、この一般的で便利な型の光学繊維コネクタに確実な光学焦点と効率的な光の移送をもたらすことなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は工業標準ＳＴターミネータの軸的及び同心的位置決めを改良することができる光学繊維ターミネータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は仕上げ加工されたＳＴフェルールの先端、正確な直径のフェルール及びＳＴターミネータのスプリングをもつ設計を用いて光学部材に適宜のＳＴ末端化繊維を正確に且つ繰返して調心調整することを可能にするものである。同心的な反対孔（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅ）をもつ円錐状コレット（ｃｏｌｌｅｔ）を円錐状ハウジング内にゆるやかに合わせる。同心的反応孔は幾分短い長さと標準ＳＴフェルールの極めて正確な直径に相当する直径をもつ。ＳＴフェルールが挿入されると、フェルール先端が反対孔の底を押して、円錐状コレットの外表面を円錐状孔の合致表面に移行させ且つそこに押し込む。コレットの移行は正確に制御されて、ＳＴ先端がハウジング内に軸的に正確に位置決めされる。コレットが円錐状ハウジングに押し込まれるとＳＴフェルールのまわりが圧縮されてＳＴ先端が軸的に正確にハウジング内に位置決めされる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のターミネータの断面図である。ハウジング１０は１端で円筒状で他端で円錐状である貫通孔をもつ構造となっている。円筒状の孔２０をもつハウジング端部は、レンズ等の光学部材１２０がハウジングに配置されるかそれと同定した関係に置かれるような構造となっている。円錐状の孔３０をもつハウジング端は円錐状の孔３０内に円錐状コレット４０を受け入れ且つゆるやかに保持するような構造となっている。ハウジングの円錐状の孔は円錐状のコレットの外表面と合致する。ハウジングの円錐状の孔はまた工業基準ＳＴ差し込み型ターミネータを受け入れ且つ保持できるようになっている。
【０００７】
図２Ａ及び２Ｂは円錐状コレット４０の断面図と末端図を示す。円錐状コレットは１端で円筒状であり他端でショルダ６０を形成している貫通孔をもつような構造となっている。この貫通孔の円筒状部分の直径は工業標準ＳＴフェルールの直径に相当する。コレット４０は等間隔の多数の溝（スロット）をもち、これらは前からうしろ及びうしろから前と交互に溝うちされており、コレットを均一に圧縮しまた圧縮を解放できるに足る長さと深さをもっている。コレットの溝の内部直径はわずかに広がっており、ＳＴフェルールの繰返しの挿入と取り出しを促進するためのスプリング圧を与える。
【０００８】
図３は工業標準ＳＴターミネータ８０と共に用いる態様を示す。通常のＳＴ末端化光学繊維コネクタを円錐状の孔３０をもつハウジングに挿入する。このハウジングは差し込み型接続を用いてコネクタを受け入れて保持するようになっている。差し込み型接続はＳＴコネクタと一体となっている。ＳＴフェルール１１０の末端９０を円錐状コレットの円筒状貫通孔５０に通し、円錐状コレットのショルダ６０にて同軸的にとまる。コレットのショルダと接触した後、フェルール先端からの力によってコレットがさらにハウジングに移行し、ハウジング１００の合致用の円錐状孔に均一にコレットが押し込まれる。コレットは、コレットの円筒状の孔５０がフェルール１１０の長さに対応する正の内方向の放射状の押しつけ力を働かせるまで、直径がわずかに減少しハウジング孔１００に圧入する。これが起こるとコレットはハウジング内にさらには移行できない。ＳＴコネクタは次いでＳＴ型コネクタと一体の差し込み機構を用いてその場に固定される。上記したように、フェルール先端の平坦表面はフェルールとコレットのショルダの間の最初の接触である。フェルール先端がコレットを合致用の円錐状ハウジングに押し入れる深さはフェルールの直径によって求められる。フェルール先端の最終位置はフェルールの直径とコレットの外側の円錐状表面の半角の間の三角の（ｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｉｃ）関係によって求められる。この態様では１５度の半角がＳＴフェルール直径の一致の点で、フェルール先端の安定な同心的位置決めと満足な軸位置の制御をもたらす。
【０００９】
本発明ではフェルールを先端の変動はＳＴフェルールの直径、ハウジング及びコレットにおける円錐角の理想値から偏差及び種々の孔の同心性における偏差に基づく。ＳＴフェルール直径に基づくフェルール先端位置の最大軸範囲は式：
【００１０】
【数１】
【００１１】
ここでｂは理論値から偏差する際の光学繊維の先端の軸位置の変化であり、ａは公称（ノミナル）２．５０ｍｍからのフェルール直径の偏位であり、Ａはコーンの半角である、
によって変化する。
【００１２】
ＳＴフェルール直径は典型的には１５度の円錐半角にとっては０．００５ｍｍの許容差内にあるので、フェルール先端の軸位置の最大範囲ｂは式：
【００１３】
【数２】
【００１４】
である。
ハウジング中及びコレット上の円錐角の理想値から偏位によって制御されるフェルール先端の最大範囲は同様にして予測できる。適宜の半角に±０．１°の製造上の許容差を用い、ハウジング孔と円錐状コレット角の間の誤差の合計は軸方向及び放射方向の両方で最大０．２°の偏位を生ずる。コレットの半角が許容範囲のプラス側に向いておりハウジング孔の円錐半径が許容範囲のマイナス側に向いていて、コレットの大きい直径においてコレットがハウジングと接触するようになるという最悪の場合を想定すると、偏位は式：
【００１５】
【数３】
【００１６】
ここでｙr はフェルール先端の放射押しのけ容積（ｒａｄｉａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）であり、ｘa はフェルール先端の軸押しのけ容積であり、Ｄはコレットの大きな直径であり、Ｌはコレット内に挿入されたフェルールの長さであり、Ｘh はコレットの大きな直径上の位置に挿入したフェルール先端の中心からの線の長さであり、ここで、
【００１７】
【数４】
【００１８】
αはコレットの大きい直径の平面とＸh の間の角度であり、ここで
【００１９】
【数５】
【００２０】
である、
に従って変化する。
Ｌの値として４．５ｍｍをまたＤの値として７ｍｍを用いるとＸh とαは次の値となる：
【００２１】
【数６】
【００２２】
そしてｙr とｘa は次の値となる：
【００２３】
【数７】
【００２４】
種々の孔で同心的偏位で制御されるフェルール先端位置の範囲は製造上の許容差によって求めうる。±０．０１２７ｍｍの同心性の製造許容差を用いまたハウジング内の円筒状孔と円錐状孔及びコレット内の円筒状孔における最大誤差を推定すると、フェルール先端の放射状押しつけ容積の誤差は０．０３８１ｍｍとなる。
【００２５】
本発明によれば、ＳＴフェルールの直径における偏位、ハウジング及びコレット内の円錐角の理想値からの偏位及び種々の孔の同心性の偏位によるフェルール先端の位置の合計の偏位は軸方向で０．０３０５ｍｍ、放射方向で０．０５４８ｍｍとなる。これは研磨後に典型的には長さが０．２８ｍｍ変わりうる標準ＳＴハードウエア及びフェルールを用いて得られる軸位置の正確性により約９倍優れておりまた標準ＳＴハードウエアでの放射位置決めより少なくとも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のターミネータの断面図。
【図２】 円錐状コレットを示す図であり、Ａは断面図でＢは末端。
【図３】 工業標準ＳＴ光学繊維ターミネータを用いる際の図１のターミネータの断面図。
【符号の説明】
１０ ハウジング
２０ 円筒状の孔
３０ 円錐状の孔
４０ 円錐状のコレット
６０ ショルダ
【発明の属する技術分野】
本発明は光学繊維ターミネータに関し、特に光学繊維の先端を軸的及び同心的に調整する光学繊維ターミネータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＴ型のターミネータはデジタル及びアナログの両方の用途での光学繊維の一般的末端処理法に用いられている。光を用いる材料の定量的検討には試料に光を当て試料から反射した光又は試料を透過した光のいずれかを分析することが必要である。光を試料に運ぶために光学繊維を用いる場合には光が光学繊維の先端を出るとき急速に分散し且つ平行なビームに制御する必要がある。光が試料から反射し又は試料を通過する際には、分析機器に効率的に光を移送するために光を光学繊維先端の小さい芯に導入できるように光を集束する必要がある。いずれの場合も、光学繊維先端から正確な位置に集束部材を配する。光学繊維と集束部材の距離は、光学繊維及び集束部材の同心化と同様に、これらの用途での信頼性のある光信号を保証するのに重要である。
【０００３】
工業基準ＳＴターミネータは光学繊維先端の位置を正確に制御するようには設計されていない。ＳＴターミネータの主要構成部材は、通常差し込み（ベヨネット）型接続として知られている押してねじる方式の機構に配した円筒状フェルールである。このフェルールの１端は外部ショルダをもち、光学繊維が挿入可能なような構造となっている。他端はフェルールの直径より小さい開口をもち、内部ショルダを形成している。挿入時に光学繊維先端が内部ショルダ内を通って延び外面をもつ外部ショルダ内部に軸的に合わされる。工業標準ターミネータは位置決めのための、先端から距離のある、コネクタの外部ショルダとの接触に依存している。ＳＴ末端処理方法は、最初の製造とフィールド修理の間、内部ショルダとそのなかの光学繊維をもつフェルールの端部を研磨する工程を含んでいる。この方法は、研磨したフェルールをコネクタの外部ショルダから延ばすとき、フェルールの最終長さに、コネクタからコネクタまでミリ単位のかなりの不一致をもたらす。光学繊維から距離のある軸位置の制御の試みはこれらの変化に対応していず、集束部材と光学繊維先端との間の距離に同様の変化をもたらす。集束のための軸的と同心化のための放射的の両方にＳＴ光学繊維ターミネータの先端を正確に位置決めする手段があれば、この一般的で便利な型の光学繊維コネクタに確実な光学焦点と効率的な光の移送をもたらすことなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は工業標準ＳＴターミネータの軸的及び同心的位置決めを改良することができる光学繊維ターミネータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は仕上げ加工されたＳＴフェルールの先端、正確な直径のフェルール及びＳＴターミネータのスプリングをもつ設計を用いて光学部材に適宜のＳＴ末端化繊維を正確に且つ繰返して調心調整することを可能にするものである。同心的な反対孔（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅ）をもつ円錐状コレット（ｃｏｌｌｅｔ）を円錐状ハウジング内にゆるやかに合わせる。同心的反応孔は幾分短い長さと標準ＳＴフェルールの極めて正確な直径に相当する直径をもつ。ＳＴフェルールが挿入されると、フェルール先端が反対孔の底を押して、円錐状コレットの外表面を円錐状孔の合致表面に移行させ且つそこに押し込む。コレットの移行は正確に制御されて、ＳＴ先端がハウジング内に軸的に正確に位置決めされる。コレットが円錐状ハウジングに押し込まれるとＳＴフェルールのまわりが圧縮されてＳＴ先端が軸的に正確にハウジング内に位置決めされる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のターミネータの断面図である。ハウジング１０は１端で円筒状で他端で円錐状である貫通孔をもつ構造となっている。円筒状の孔２０をもつハウジング端部は、レンズ等の光学部材１２０がハウジングに配置されるかそれと同定した関係に置かれるような構造となっている。円錐状の孔３０をもつハウジング端は円錐状の孔３０内に円錐状コレット４０を受け入れ且つゆるやかに保持するような構造となっている。ハウジングの円錐状の孔は円錐状のコレットの外表面と合致する。ハウジングの円錐状の孔はまた工業基準ＳＴ差し込み型ターミネータを受け入れ且つ保持できるようになっている。
【０００７】
図２Ａ及び２Ｂは円錐状コレット４０の断面図と末端図を示す。円錐状コレットは１端で円筒状であり他端でショルダ６０を形成している貫通孔をもつような構造となっている。この貫通孔の円筒状部分の直径は工業標準ＳＴフェルールの直径に相当する。コレット４０は等間隔の多数の溝（スロット）をもち、これらは前からうしろ及びうしろから前と交互に溝うちされており、コレットを均一に圧縮しまた圧縮を解放できるに足る長さと深さをもっている。コレットの溝の内部直径はわずかに広がっており、ＳＴフェルールの繰返しの挿入と取り出しを促進するためのスプリング圧を与える。
【０００８】
図３は工業標準ＳＴターミネータ８０と共に用いる態様を示す。通常のＳＴ末端化光学繊維コネクタを円錐状の孔３０をもつハウジングに挿入する。このハウジングは差し込み型接続を用いてコネクタを受け入れて保持するようになっている。差し込み型接続はＳＴコネクタと一体となっている。ＳＴフェルール１１０の末端９０を円錐状コレットの円筒状貫通孔５０に通し、円錐状コレットのショルダ６０にて同軸的にとまる。コレットのショルダと接触した後、フェルール先端からの力によってコレットがさらにハウジングに移行し、ハウジング１００の合致用の円錐状孔に均一にコレットが押し込まれる。コレットは、コレットの円筒状の孔５０がフェルール１１０の長さに対応する正の内方向の放射状の押しつけ力を働かせるまで、直径がわずかに減少しハウジング孔１００に圧入する。これが起こるとコレットはハウジング内にさらには移行できない。ＳＴコネクタは次いでＳＴ型コネクタと一体の差し込み機構を用いてその場に固定される。上記したように、フェルール先端の平坦表面はフェルールとコレットのショルダの間の最初の接触である。フェルール先端がコレットを合致用の円錐状ハウジングに押し入れる深さはフェルールの直径によって求められる。フェルール先端の最終位置はフェルールの直径とコレットの外側の円錐状表面の半角の間の三角の（ｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｉｃ）関係によって求められる。この態様では１５度の半角がＳＴフェルール直径の一致の点で、フェルール先端の安定な同心的位置決めと満足な軸位置の制御をもたらす。
【０００９】
本発明ではフェルールを先端の変動はＳＴフェルールの直径、ハウジング及びコレットにおける円錐角の理想値から偏差及び種々の孔の同心性における偏差に基づく。ＳＴフェルール直径に基づくフェルール先端位置の最大軸範囲は式：
【００１０】
【数１】
ここでｂは理論値から偏差する際の光学繊維の先端の軸位置の変化であり、ａは公称（ノミナル）２．５０ｍｍからのフェルール直径の偏位であり、Ａはコーンの半角である、
によって変化する。
【００１２】
ＳＴフェルール直径は典型的には１５度の円錐半角にとっては０．００５ｍｍの許容差内にあるので、フェルール先端の軸位置の最大範囲ｂは式：
【００１３】
【数２】
である。
ハウジング中及びコレット上の円錐角の理想値から偏位によって制御されるフェルール先端の最大範囲は同様にして予測できる。適宜の半角に±０．１°の製造上の許容差を用い、ハウジング孔と円錐状コレット角の間の誤差の合計は軸方向及び放射方向の両方で最大０．２°の偏位を生ずる。コレットの半角が許容範囲のプラス側に向いておりハウジング孔の円錐半径が許容範囲のマイナス側に向いていて、コレットの大きい直径においてコレットがハウジングと接触するようになるという最悪の場合を想定すると、偏位は式：
【００１５】
【数３】
ここでｙr はフェルール先端の放射押しのけ容積（ｒａｄｉａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）であり、ｘa はフェルール先端の軸押しのけ容積であり、Ｄはコレットの大きな直径であり、Ｌはコレット内に挿入されたフェルールの長さであり、Ｘh はコレットの大きな直径上の位置に挿入したフェルール先端の中心からの線の長さであり、ここで、
【００１７】
【数４】
αはコレットの大きい直径の平面とＸh の間の角度であり、ここで
【００１９】
【数５】
である、
に従って変化する。
Ｌの値として４．５ｍｍをまたＤの値として７ｍｍを用いるとＸh とαは次の値となる：
【００２１】
【数６】
そしてｙr とｘa は次の値となる：
【００２３】
【数７】
種々の孔で同心的偏位で制御されるフェルール先端位置の範囲は製造上の許容差によって求めうる。±０．０１２７ｍｍの同心性の製造許容差を用いまたハウジング内の円筒状孔と円錐状孔及びコレット内の円筒状孔における最大誤差を推定すると、フェルール先端の放射状押しつけ容積の誤差は０．０３８１ｍｍとなる。
【００２５】
本発明によれば、ＳＴフェルールの直径における偏位、ハウジング及びコレット内の円錐角の理想値からの偏位及び種々の孔の同心性の偏位によるフェルール先端の位置の合計の偏位は軸方向で０．０３０５ｍｍ、放射方向で０．０５４８ｍｍとなる。これは研磨後に典型的には長さが０．２８ｍｍ変わりうる標準ＳＴハードウエア及びフェルールを用いて得られる軸位置の正確性により約９倍優れておりまた標準ＳＴハードウエアでの放射位置決めより少なくとも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のターミネータの断面図。
【図２】 円錐状コレットを示す図であり、Ａは断面図でＢは末端。
【図３】 工業標準ＳＴ光学繊維ターミネータを用いる際の図１のターミネータの断面図。
【符号の説明】
１０ ハウジング
２０ 円筒状の孔
３０ 円錐状の孔
４０ 円錐状のコレット
６０ ショルダ
Claims (4)
- 大きい端部と小さい端部をもち、大きい端部に大きい直径のまた小さい端部に小さい直径の階段状の円筒状貫通孔をもち、該小さい直径が該小さい端部内に内部が環状のショルダを形成しており、該大きい直径が工業標準ＳＴフェルールの直径に相当している円錐状コレット；貫通孔、光学保持端及びコネクタ端をもち、該貫通孔が該光学保持端にて円筒状であり、該コネクタ端中の該貫通孔が該コレットと接するように円錐形状をしており、該コネクタ端が工業標準ＳＴターミネータを受け入れ且つ保持できる構造となっている円筒状ハウジングをもち；該コレットが前からうしろ及びうしろから前へ交互に溝づけされた等間隔の複数の溝をもち、該コレットが該フェルールのまわりに均一圧縮と圧縮の開放が可能になっており、該コレットが該ハウジング内の該貫通孔内に滑動的に配されるようになっており、該ＳＴフェルールの先端を、該コレットの環状のショルダに当接させ、該ＳＴフェルールの先端と該コレットの環状のショルダとが当接した状態で該コレットを押し込み、該コレットを該ハウジング内に圧入できるようになっていることを特徴とする光学繊維ターミネータ。
- 該光学保持端が該ハウジング内、該ハウジング外又は該ハウジングと固定した関係に光学部材を保持できるような構造になっている請求項１のターミネータ。
- 円筒状フェルールが外部ショルダをもち且つ光学繊維を受け入れるような構造の第１端部と該フェルールの直径より小さい開口をもち第２端部に内部環状ショルダを形成している第２端部をもつ円筒状フェルールを差し込み型固定機構内に保持した工業標準ＳＴターミナル；大きい端部と小さい端部をもち、大きい端部に大きい直径のまた小さい端部に小さい直径の階段状の円筒状貫通孔をもち、該小さい直径が該小さい端部内に内部が環状のショルダを形成しており、該大きい直径が工業標準ＳＴフェルールの直径に相当している円錐状コレット；貫通孔、光学保持端及びコネクタ端をもち、該貫通孔が該光学保持端にて円筒状であり、該コネクタ端中の該貫通孔が該コレットと接するように円錐形状をしており、該コネクタ端が工業標準ＳＴターミネータを受け入れ且つ保持できる構造となっている円筒状ハウジングをもち；そして該コレットが前からうしろ及びうしろから前へ交互に溝づけされた等間隔の複数の溝をもち、該コレットが該フェルールのまわりに均一圧縮と圧縮の開放が可能になっており、該コレットが該ハウジング内の円錐状貫通孔内に滑動的に配されるようになっており、それにより、該ＳＴターミナルの該第２端部が該ハウジングの該コネクタ端部に挿入されると、該ＳＴターミナルの該第２端部が該コレットの該円筒状貫通孔に入って該コレットの内部環状ショルダと接触し、該コレットが該ハウジングの該円筒状貫通孔内を移行して該コレットの表面を該ハウジングの該円筒状貫通孔の表面に均一に接触させ、また該コレットの円筒状孔が該ＳＴターミナルと接触するまで該コレットの直径を等間隔の複数の溝の作用によりわずかに減少させ、さらに該ＳＴターミナルの該第２端部を該ハウジングの該光学保持端に軸的及び放射的に固定することを可能にしてなる光学繊維ターミネータ。
- 該光学保持端が該ハウジング内、該ハウジング外又は該ハウジングと固定した関係に光学部材を保持できるような構造になっている請求項３のターミネータ。
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