JP3848276B2 - 光コリメータを配列するための装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光コリメータを配列するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバコリメータを配列するシステムおよび方法にかかわる従来の技術として、フランシス カート アール（Francis Kurt R）が提案したものがある（特許文献１参照）。図８に示されるように、この特許文献１によると、ガラスフェルール（glass ferrule）９１とＧＲＩＮレンズ（graded-index lens）９２は、ガラスチューブ９０の内側に接着され、該ガラスチューブ９０は固定治具９５に取り付けられている。熱硬化性エポキシ、ＵＶ硬化性エポキシなどの少量の接着剤がガラスフェルール９１の開口９１１に注入され、ガラスチューブ９０とガラスフェルール９１間に塗布される。ガラスフェルール９１の開口９１１に挿入された光ファイバ９１２はレーザ９３に接続されるとともに、一次元ステージ９１３とガラスフェルール９１に、ガラスチューブ９０の円柱軸と光ファイバ９１２の光軸に沿った動きを提供するため、一次元ステージ９１３に固定される。光コリメータを配列するあいだ、検出器９６は、ファイバ９１２とＧＲＩＮレンズ９２とを進む信号を検出する。そののち、合成光の大きさが検出器９６によりＧＲＩＮレンズの出力からの固定距離で計測されるあいだ、フェルール／ファイバの位置は、チューブ内で調節される。検出器９６が最適な光の大きさを得るとき、フェルール９１は接着剤を硬化させることにより、ガラスチューブ９０に接着される。なお、図８において、９７はレーザの空間プロファイルを測定するためのビームプロファイラー（beam profiler）を示している。
【０００３】
しかしながら、かかる従来技術において、フェルール／ファイバは、単に、一次元ステージにより調整され、ガラスチューブの円柱軸の方向に沿って移動するだけである。したがって、フェルール／ファイバは他の次元では調整することができない。たとえば、フェルール／ファイバはガラスチューブの円柱軸を中心に回転することができない。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第６１６８３１９号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、光コリメータを正確に配列する装置および方法を提供することを目的とする。各光コリメータのガラスチューブ内のＧＲＩＮレンズは二次元で調整される。ＧＲＩＮレンズはガラスチューブの円柱軸に沿って移動することができるとともに、ガラスチューブの円柱軸を中心に回転することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光コリメータを配列するための装置は、フレームベース、クランプ、第一軸ステージ、第二軸ステージおよびラックからなる。ファイバを取り付けたフェルールはガラスチューブに挿入され、そののち、ガラスチューブはクランプによりフレームベースに固定される。ピニオンはガラスチューブに挿入されるＧＲＩＮレンズに装着され、ラックと係合される。２つのステージはそれぞれ、ＧＲＩＮレンズを調整し、フェルールと配列させ、第一軸ステージは、ＧＲＩＮレンズをガラスチューブの円柱軸に沿って移動させ、第二軸ステージは、ガラスチューブの円柱軸を中心にＧＲＩＮレンズを回転させる。
【０００７】
本発明の長所は、ＧＲＩＮレンズを二次元で調整することにより、ＧＲＩＮレンズを、フェルール内のファイバと正確に配列させることである。
【０００８】
本発明の他の長所は、歩留まり率と生産性を向上することができることである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
前述した本発明の目的、特徴および長所を一層明瞭にするため、以下に本発明の好ましい実施の形態をあげ、添付した図面を参照しつつさらに詳しく説明する。
【００１０】
図１〜３に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる装置１０は、フレームベース（frame base）１１、クランプ、第一軸ステージ（first axis stage）３１、第二軸ステージ４１、およびラック５１からなる。フレームベース１１は一端にＶ字型ノッチ１２を有しており、該ノッチ１２の近傍にはスクリューホール（screw hole）１４が設けられている。
【００１１】
ロッド２１はＶ字型ノッチ１２を横切るように配列され、該ロッド２１の一端は、スクリュー２４をスクリューホール１４に挿入することにより、前記フレームベース１１に選択的に固定されている。これにより、ロッド２１がＶ字型ノッチ１２を横切るように位置し、フレームベース１１に固定されているとき、ロッド２１とＶ字型ノッチ１２はクランプを構成する。ノッチ１２とロッド２１とにより構成されるクランプの空間は、スクリューホール１４に挿入されるスクリュー２４の深さを変更することにより調整することができる。光コリメータがＶ字型ノッチ１２に位置するとき、コリメータはノッチ１２およびロッド２１により挟まれる。本発明の実施の形態において、ロッド２１の他端は、フレームベース１１に固定される軸（pivot）をさらに備えている。すなわち、スクリュー２４がスクリューホール１４にねじ込まれない場合、ロッド２１は前記軸を中心に回転することができる。
【００１２】
第一軸ステージ３１は、第一ブラケット１６、第一マイクロメータ、および第一ガイド支柱（guiding pillar）３６を備え、第一ブラケット１６によりフレームベース１１に装着されている。第一マイクロメータは、第一ブラケット１６に結合され、第一駆動ノブ３４と、該第一駆動ノブ３４を回転させることにより移動する第一スピンドル３２とを備えている。
【００１３】
第二軸ステージ４１は、第二ブラケット３８、第二マイクロメータ、およびキャリア（carrier）４８を備えており、前記第二ブラケット３８を第一スピンドル３２に固定することにより第一軸ステージ３１と組み立てられる。第二マイクロメータは、第二ブラケット３８と結合され、第二駆動ノブ４４と、該第二駆動ノブ４４により移動される第二スピンドル４２とを備えている。キャリア４８は第二スピンドル４２に固定されている。したがって、第二駆動ノブ４４が手動または自動で回転すると、キャリア４８は、第二スピンドル４２とともに第二軸に沿って移動する。さらに、第二ブラケット３８は、第一スピンドル３２に固定されている。第一マイクロメータの第一駆動ノブ３４が手動または自動で回転すると、第一スピンドル３２は、第二軸ステージ４１とともに第一軸に沿って移動する。これにより、第一スピンドル３２が、第一軸ステージ３１の第一駆動ノブ３４を回転させることにより、第一軸に沿って移動するとき、第二軸ステージ４１のキャリア４８も第一軸に沿って移動する。本実施の形態において、第一軸および第二軸の方向は互いに垂直である。
【００１４】
本実施の形態において、第一ガイド支柱３６は第二ブラケット３８を貫通しており、第二軸ステージ４１を第一軸に沿って移動させる。第二ガイド支柱４６はキャリア４８を貫通しており、キャリア４８を第二軸に沿って移動させる。
【００１５】
ラック５１はキャリア４８に固定され、一組の平行なリブ５２を備えている。２つのリブ５２はそれぞれ、ラック５１の長手方向の面に位置しており、ラック５１の歯を挟んでいる。ラック５１は第一軸ステージ３１の第一駆動ノブ３４を回転させることにより、第一軸に沿って移動することができ、第二軸ステージ４１の第二駆動ノブ４４を回転させることにより、第二軸に沿って移動することができる。
【００１６】
図４に示されるように、光コリメータを配列する方法は以下の工程からなっている。
【００１７】
最初に、図５（ａ）に示されるように、少なくとも一つのファイバ７２が接着剤により、フェルール（ferrule）７１のホール７４に固定され、そののち、フェルール７１とファイバ７２の端面が、所定の平面角（facet angle）で割られ、砕かれ、そして研磨される（図４の工程Ｓ１）。フェルール７１の他方の端面を囲む突起７６は、ホール７４から流出した接着剤である。
【００１８】
つぎに、図５（ｂ）に示されるように、フェルール７１がガラスチューブ８１に挿入され、接着剤により固定される（図４の工程Ｓ２）。
【００１９】
つぎに、図６に示されるように、ガラスチューブ８１はクランプにより挟まれる（図４の工程Ｓ３）。フェルール７１を備えたガラスチューブ８１はＶ字型ノッチ内に置かれ、ロッド２１はＶ字型ノッチを横切るように配列され、スクリュー１４をスクリューホール２４内でしっかりと回転させることにより、ガラスチューブ８１を保持する。
【００２０】
つぎに、図７に示されるように、ピニオン８５を備えたＧＲＩＮレンズ８３がガラスチューブ８１に挿入される（図４の工程Ｓ４）。光を発するＧＲＩＮレンズ８３の一端にはピニオン８５が設けられ、ガラスチューブ８１から突出している。接着剤がＧＲＩＮレンズ８３の側壁に塗られ、そののち、受光するＧＲＩＮレンズ８３の他端はガラスチューブ８１に挿入される。ＧＲＩＮレンズ８３に固定されるピニオン８５はラック５１と係合し、２つのリブ５２間に押し込まれる。
【００２１】
つぎに、ＧＲＩＮレンズ８３は、第一および第二軸ステージ３１、４１により、ファイバ７２と配列される（図４の工程Ｓ５）。図６に示されるように、ファイバ７２はチューナブルレーザソース（tunable laser source）８７に接続され、パワーメータ（power meter）８９が作動して、ＧＲＩＮレンズ８３から発する光度を測定する。第一軸ステージ３１の第一マイクロメータの第一駆動ノブ３４が回転するとき、ラック５１はＧＲＩＮレンズ８３を駆動して、第一軸に沿って移動するが、この第一軸はガラスチューブの円柱軸に平行である。そして、第二軸ステージ４１の第二マイクロメータの第二駆動ノブ４４が回転するとき、ラック５１はＧＲＩＮレンズ８３を駆動して、ガラスチューブの円柱軸を中心として回転させる。本実施の形態において、ラック５１の２つのリブ５２はＧＲＩＮレンズ８３に装着されたピニオン８５と係合しているため、第一軸ステージ３１の第一マイクロメータを回転させることにより、ラック５１は、ＧＲＩＮレンズ８３を駆動して、ガラスチューブの円柱軸に沿って移動させることができる。さらに、ラック５１は、第二軸ステージ４１の第二マイクロメータを回転させることにより第二軸に沿って移動するため、ラック５１は、ＧＲＩＮレンズ８３を駆動して、ガラスチューブの円柱軸を中心に回転させることができる。さらに、ラック５１がＧＲＩＮレンズ８３を駆動して、ガラスチューブの円柱軸に沿って移動するとき、ＧＲＩＮレンズ８３とファイバ７２間の距離は、ガラスチューブの円柱軸に沿って、ＧＲＩＮレンズ８３を移動させることにより調整される。ラック５１がＧＲＩＮレンズ８３を駆動して、ガラスチューブの円柱軸を中心に回転させるとき、当該ＧＲＩＮレンズ８３とフェルール７１の近接する端面は相対的に回転する。パワーメータ８９がＧＲＩＮレンズ８３から発する光の最大光度を得るとき、本装置は、ファイバ７２を備えるＧＲＩＮレンズ８３の配列を完成する。
【００２２】
光コリメータの配列が完成したのち、ガラスチューブ８１を留め、ファイバ７２に対するＧＲＩＮレンズ８３の位置の固定を硬化機構により施す（図４の工程Ｓ６）。硬化機構において、ＧＲＩＮレンズ８３とガラスチューブ８１間に存在する接着剤が硬化される。
【００２３】
前述した接着剤は、熱硬化性エポキシとＵＶ硬化性エポキシから選択される。熱硬化性エポキシが光コリメータに用いられるとき、硬化機構はオーブン（oven）である。ＵＶ硬化性エポキシが光コリメータに用いられるとき、硬化機構はＵＶエミッタである。
【００２４】
本実施の形態において、ラック５１をパッドで代替させることができる。光コリメータの配列のあいだ、パッドはＧＲＩＮレンズ８３に接触し、該ＧＲＩＮレンズ８３を回転、移動させる。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変形や変更を加えることができ、したがって本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に規定した内容を基準とすべきである。
【００２６】
【発明の効果】
ＧＲＩＮレンズを二次元で調整することにより、ＧＲＩＮレンズを、フェルール内のファイバと正確に配列することができ、また歩留まり率と生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかわる光コリメータを配列する装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかわる装置の側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態にかかわる装置の平面図である。
【図４】本発明の装置の操作を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）はファイバを備えるフェルールを示す断面図であり、（ｂ）はガラスチューブに挿入されたフェルールとＧＲＩＮレンズを示す断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態にかかわる光コリメータを配列する装置を示す図である。
【図７】ラックと係合されたピニオンを示す図である。
【図８】特許文献１に開示された従来の光コリメータを配列するシステムを示す図である。
【符号の説明】
１０ 装置
１１ フレームベース
１２ Ｖ字型ノッチ
１４ スクリュー
２１ ロッド
２４ スクリューホール
３１ 第一軸ステージ
３２ 第一スピンドル
３４ 第一駆動ノブ
３６ 第一ガイド支柱
３８ 第二ブラケット
４１ 第二軸ステージ
４４ 第二駆動ノブ
４６ 第二ガイド支柱
４８ キャリア
５１ ラック
５２ リブ
７１ フェルール
７２ ファイバ
７４ ホール
７６ 突起
８１ ガラスチューブ
８３ ＧＲＩＮレンズ
８５ ピニオン
８７ チューナブルレーザソース
８９ パワーメータ
９０ ガラスチューブ
９１ ガラスフェルール
９２ ＧＲＩＮレンズ
９５ 固定治具
９６ 検出器
９１１ 開口
９１２ 光ファイバ
９１３ 一次元ステージ

Claims (13)

1. ファイバを把持するガラスフェルール、ＧＲＩＮレンズおよびガラスチューブを備えた光コリメータを配列するための装置であって、
   光ビームを発する前記ＧＲＩＮレンズの一端はピニオンを備えており、
   前記装置は、
   前記光コリメータのガラスチューブを留めるクランプを備えたフレームベースと、
   前記フレームベースに固定され、第一軸に沿って移動する第一スピンドルを備えた第一軸ステージと、
   前記第一軸ステージの第一スピンドルに固定され、前記光コリメータのガラスチューブの円柱軸に平行な第一軸に垂直である第二軸に沿って移動する第二スピンドルを備えた第二軸ステージと、
   前記ピニオンと係合され、前記第二軸ステージの第二スピンドルに固定されたラック
   とからなり、
   前記第一軸ステージは前記第二軸ステージ、ラックおよび前記ＧＲＩＮレンズを駆動して、前記第一軸に沿って移動させ、前記ＧＲＩＮレンズと前記ガラスフェルールとを、前記ガラスチューブの前記円柱軸内で配列し、かつ
   前記第二軸ステージは前記ラックを駆動して、前記第二軸に沿って移動させ、前記ラックは前記ピニオンを駆動して、前記ガラスチューブの前記円柱軸を中心に回転させて、前記ＧＲＩＮレンズと前記ガラスフェルールの二つの近接する端面を配列する
   ことを特徴とする装置。
2. 前記ラックが、複数の歯と該歯を挟む２つの平行なリブからなる請求項１記載の装置。
3. 前記クランプが、前記フレームベースに形成されたＶ字型ノッチを横切るロッドからなる請求項１記載の装置。
4. 前記ロッドの一端が前記フレームベースに選択的に固定され、前記ロッドの他端が前記フレームベースに固定された軸を備えてなる請求項３記載の装置。
5. 前記第一軸が、さらに、前記フレームベースに固定された第一ブラケットと、第一駆動ノブおよび第一スピンドルを備えた第一マイクロメータと、第一ガイド支柱とを備えており、前記第一マイクロメータは前記第一ブラケットと結合され、前記第一スピンドルは、前記第一駆動ノブを回転させることにより、前記第一軸に沿って移動する請求項１記載の装置。
6. 前記第二軸ステージが、さらに、前記第一スピンドルに固定された第二ブラケットと、第二駆動ノブおよび第二スピンドルを備えた第二マイクロメータと、第二ガイド支柱とを備えており、前記第二マイクロメータは前記第二ブラケットと結合され、前記第二スピンドルは、前記第一駆動ノブを回転させることにより、前記第一軸に沿って移動し、前記第二駆動ノブを回転させることにより、前記第二軸に沿って移動する請求項１記載の装置。
7. 前記第二スピンドルに固定され、前記ラックを装着するキャリアをさらに備えてなる請求項１記載の装置。
8. 前記第一ガイド支柱が前記第二ブラケットを貫通し、前記第二軸ステージを前記第一軸に沿って移動させ、前記第二ガイド支柱が前記キャリアを貫通し、前記キャリアを前記第二軸に沿って移動させる請求項７記載の装置。
9. 請求項１記載の装置を用いて光コリメータを配列するための方法であって、
   ファイバを把持するガラスフェルールが挿入された、前記光コリメータのガラスチューブをクランプにより留める工程と、
   前記ガラスチューブ内にピニオンを備えたＧＲＩＮレンズを挿入し、前記装置のラックを前記ピニオンと係合させる工程と、
   前記光コリメータのファイバと光源とを接続し、前記光コリメータの前記ＧＲＩＮレンズから発する光度を測定する工程と、
   前記第一軸ステージの前記第一マイクロメータの前記第一駆動ノブと、前記第二軸ステージの前記第二マイクロメータの前記第二駆動ノブとを回転させ、前記ＧＲＩＮレンズを、前記ガラスチューブの前記円柱軸に沿って移動させ、かつ前記ガラスチューブの前記円柱軸を中心に回転させる工程と、
   前記ＧＲＩＮレンズから発する最大光度が得られるとき、前記第一および第二駆動ノブの回転を停止する工程
   とからなることを特徴とする方法。
10. 前記方法が、さらに、
    前記ＧＲＩＮレンズと前記ガラスチューブ間に接着剤を形成する工程と、
    前記ＧＲＩＮレンズから発する最大光度が得られたのち、前記ＧＲＩＮレンズと前記ガラスチューブ間の接着剤を硬化する工程
    とを含む請求項９記載の方法。
11. 前記接着剤がＵＶ硬化性エポキシであり、ＵＶエミッタが前記接着剤を硬化する請求項１０記載の方法。
12. 前記接着剤が熱硬化性エポキシであり、オーブンが前記接着剤を硬化する請求項１０記載の方法。
13. 前記光源が可変のレーザ源を備えており、パワーメータが前記ＧＲＩＮレンズから発する前記光度を測定する請求項９記載の方法。

Images