JP5947490B2 - 光コリメータ - Google Patents

Description

本発明は、平行光を集光して光ファイバに入射したり、光ファイバから出射する光を平行光にしたりする場合に使用される光コリメータに関する。

光コリメータは、光源から出射される光を光ファイバ内で伝搬させ、必要に応じて空中に出射させる際、あるいは、空中を伝搬する光を光ファイバ内に入射させる際に使用される。このような光コリメータにおいては、ガラス製の光ファイバを用いた光コリメータや（例えば、特許文献１参照）、非球面レンズを用いた光コリメータが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１０５３２５号公報 特開２００４−１０２０１１号公報

近年、光コリメータおよびこれを用いた光コネクタは、建物内のＬＡＮケーブルやデジタルオーディオにおけるデータ伝送などの用途で、一般ユーザにより使用されることが検討されている。このような用途で使用される光コリメータにおいては、形状面においてその寸法が小さいこと、機器面において抜き差しが繰り返されても光ファイバとコリメータレンズとの位置関係が維持されること、安価であることが要求される。

非球面レンズを用いた光コリメータは、球面収差を抑えることができるが、精密な位置合わせが必要なため組み立てに手間が掛かり、また、高価である。したがって、非球面レンズを用いた光コリメータは、小型化および製造コストの低減が困難であり、また、組み立てに手間が掛かるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型化および製造コストの低減を実現でき、また、組み立て精度が高い光コリメータを提供することを目的とする。

本発明の光コリメータは、円筒形状を有する金属ホルダーと、前記金属ホルダーの一端に形成された収容部に収容されるガラスボールレンズと、前記金属ホルダーの他端に形成された挿入孔から挿入され所定位置に固定される光ファイバと、を備え、前記金属ホルダーの外周部から前記収容部近傍に対して塑性加工によって陥没部を設けることで形成される傾斜面に前記ガラスボールレンズおよび前記光ファイバの端面を当接させて位置決めを行う光コリメータであって、前記ガラスボールレンズの外径は０．３〜１．５ｍｍ、ビッカース硬度ＨＶは４５０〜７００、かつ、熱膨張係数は６０×１０^−７／℃以下であり、前記ガラスボールレンズの前記収容部に対する圧入代は１〜５μｍであり、前記金属ホルダー内面の算術平均粗さは０．５〜１．５μｍであることを特徴とする。

上記光コリメータにおいては、球面レンズであるガラスボールレンズを用いているため、非球面レンズを用いる場合のように精密な位置合わせが必要ない。したがって、組み立て、製造作業が容易になることから、製造コストを効果的に引き下げ、かつ、組み立て精度を高めることが可能となる。また、ガラスボールレンズを用いているため、部品費用を低減することができる。さらに、外径が０．３〜１．５ｍｍのガラスボールレンズを用いているため、金属ホルダーの細径化を図り、光コリメータ全体の小型化に寄与することが可能となる。

また、上記光コリメータにおいては、前記金属ホルダーの収容部近傍に陥没部を設けることで形成される傾斜面に前記ガラスボールレンズおよび前記光ファイバの端面の少なくとも一方を当接させて位置決めを行う。この場合には、陥没部を基準としてガラスボールレンズおよび／または光ファイバを位置決めできるので、煩雑な組み立て工程を必要とせず作業効率を向上でき、コストの上昇を抑制しつつ、簡単にガラスボールレンズと光ファイバとを位置決めすることが可能となる。

さらに、上記光コリメータにおいて、前記金属ホルダーの同一周上に複数の前記陥没部を設けることが好ましい。この場合には、ガラスボールレンズおよび／または光ファイバをそれぞれ複数の位置で陥没部に当接させることができるので、より高度にガラスボールレンズおよび／または光ファイバを位置決めすることが可能となる。

さらに、上記光コリメータにおいて、前記光ファイバに対向する前記傾斜面の角度を、前記光ファイバの挿入方向と直交する平面に対して２０°以下とし、前記光ファイバの端面の一部を前記傾斜面に当接させることが好ましい。この場合には、コア、コアを被覆するクラッド、必要に応じてクラッドを被覆して補強する補強層から構成され、これらの端面が同一平面上に配置されている光ファイバ（例えば、プラスチック光ファイバ）において、光ファイバの端面を傾斜面に当接させることにより、これらの位置精度を確保しやすくすることが可能となる。このため、傾斜面の角度は０°が最も好ましいが、２０°以下であれば所望の位置精度を確保することが可能となる。

さらに、上記光コリメータにおいて、前記光ファイバに対向する前記傾斜面の角度を、前記光ファイバの挿入方向と直交する平面に対して３０°以上８０°以下とし、前記光ファイバを構成する補強層の一部を前記傾斜面に当接させ、当該当接部よりも前記ガラスボールレンズ側に前記光ファイバを構成するコアおよびクラッドの端面を配置することが好ましい。通常、ガラス光ファイバには、クラッドを被覆する補強層が設けられ、光コリメータに挿入する場合は端部の補強層が取り除かれて、コアおよびクラッドの端面が補強層の平面よりも突出した状態となっている。このようなガラス光ファイバが用いられる場合においても、傾斜面の角度を３０°以上８０°以下とすることにより、特に陥没部で囲まれた狭い間隙への光ファイバの挿入をスムーズにし、挿入時におけるこれらの位置精度を確保しやすくすることが可能となる。

さらに、上記光コリメータにおいて、前記光ファイバに対向する前記傾斜面の角度と、前記ガラスボールレンズに対向する前記傾斜面の角度とを前記光ファイバの挿入方向と直交する平面に対して異なる角度とすることが好ましい。この場合には、形状の異なるガラスボールレンズと光ファイバとを効果的に位置決めすることが可能となる。

さらに、上記光コリメータにおいて、前記ガラスボールレンズに対向する前記傾斜面の角度を、前記光ファイバの挿入方向と直交する平面に対して０°以上４５°以下とし、前記ガラスボールレンズの一部を前記傾斜面に当接させることが好ましい。この場合には、ガラスボールレンズにおける光ファイバ側の一部を支持した状態で位置決めすることができるため、ガラスボールレンズの位置精度を高めることが可能となる。

さらに、上記光コリメータにおいて、前記ガラスボールレンズに対向する前記傾斜面の表面に除去加工を施すことで、前記ガラスボールレンズとの当接面を形成することが好ましい。この場合には、陥没部におけるガラスボールレンズの当接面を平滑化できるため、ガラスボールレンズの損傷を防止することが可能となるとともに、ガラスボールレンズの位置精度を高めることが可能となる。

本発明によれば、小型化および製造コストの低減を実現でき、また、組み立て精度が高い光コリメータを提供することが可能となる。

本発明に係る光コリメータが接続される光コネクタを模式的に示す側断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光コリメータの側面図である。 図２に示すＡ−Ａにおける断面図である。 図３に示す２点鎖線Ｂ内の拡大図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光コリメータの側面図である。 図５に示すＦ−Ｆにおける断面図である。 図６に示す２点鎖線Ｇ内の拡大図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光コリメータの側面図である。 図８に示すＪ−Ｊにおける断面図である。 図９に示す２点鎖線Ｋ内の拡大図である。 図１１Ａは本発明の第１の実施の形態に係る光コリメータの変形例を示す側面図であり、図１１Ｂは本発明の第１の実施の形態に係る光コリメータの変形例を示す側断面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明に係る光コリメータが接続される光コネクタについて説明する。図１は、本発明に係る光コリメータが接続される光コネクタを模式的に示す側断面図である。なお、図１においては、説明の便宜上、光コリメータに出射する光源として半導体レーザチップおよびこの半導体レーザチップの光軸上に光学レンズを備える光コネクタについて説明するが、光コネクタの構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。

図１に示すように、本発明に係る光コリメータが接続される光コネクタ１００は、半導体レーザチップ１０１をケース１０２のマウント台１０３上に配置するとともに、この半導体レーザチップ１０１の光軸上に光学レンズ１０４を配置してなる半導体レーザユニット１０５を備えている。また、光コネクタ１００は、開口部１０６がケース１０２の側面１０２ａに取り付けられ、挿入口１０７から挿入された光コリメータ１０の金属ホルダー１１を保持するアダプタ１０８を備えている。

半導体レーザユニット１０５において、半導体レーザチップ１０１から出射されるレーザ光は、光学レンズ１０４により平行光とされ、開口部１０６に導かれる。そして、この光学レンズ１０４からの平行光は、光コリメータ１０のガラスボールレンズ１２により集光され、光ファイバ１３に入射する。そして、このように入射した光が、光ファイバ１３内を伝搬する。

本実施の形態に係る光コネクタ１００においては、アダプタ１０８の所定位置まで光コリメータ１０が挿入されると、光学レンズ１０４とガラスボールレンズ１２との位置合わせが行われ、半導体レーザチップ１０１からのレーザ光が適切に光ファイバ１３に入射できるように設計されている。以下、このような光コネクタ１００に接続される本実施の形態に係る光コリメータ１０の構成について説明する。

（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光コリメータ１０の側面図である。図３は、図２に示すＡ−Ａにおける断面図である。図２および図３に示すように、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０は、概して円筒形状を有する保持部材としての金属ホルダー１１と、この金属ホルダー１１の一端部に保持されるガラスボールレンズ１２と、金属ホルダー１１の他端部に設けられた挿入孔１１ａから挿入される光ファイバ１３とを含んで構成される。なお、本実施の形態に係る光コリメータ１０においては、光ファイバ１３としてプラスチック光ファイバが好適に挿入される。

金属ホルダー１１は、例えば、ステンレス等の金属材料で形成される。特に加工性の点から、金属ホルダー１１は、オーステナイト系ステンレスで形成されることが好ましい。また、金属ホルダー１１内面の算術平均粗さは０．５〜１．５μｍとする。これにより、金属ホルダー１１内面と接触するガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３との間に適度な摩擦力が発生し、これらを保持することが可能となる。ただし、金属ホルダー１１内面の算術平均粗さが１．５μｍよりも大きいと、摩擦力によりガラスボールレンズ１２および／または光ファイバ１３へのダメージが生じる恐れがある。また、金属ホルダー１１内面の算術平均粗さが０．５μｍ未満だと、十分な保持力が得られない恐れがある。なお、算術平均粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１（ＩＳＯ４２８７−１９９７準拠）に基づいて、測定長さ（Ｌｎ）が４ｍｍ、カットオフ値（λｃ）が０．８ｍｍの条件で、非接触三次元形状測定装置ＮＨ−３（三鷹光器株式会社製）により測定することができる。

図３に示すように、金属ホルダー１１におけるガラスボールレンズ１２側の端部には、開口部１１ｂが設けられている。この開口部１１ｂの内側には、ガラスボールレンズ１２を収容する収容部１１ｃが設けられている。この収容部１１ｃは、ガラスボールレンズ１２の直径よりもわずかに小さい寸法に設けられ、ガラスボールレンズ１２が圧入可能に構成されている。なお、ガラスボールレンズ１２の収容部１１ｃに対する圧入代は、１〜５μｍとする。適切な圧入代の設定により、収容部１１ｃおよびガラスボールレンズ１２の確実な密着状態が得られ、金属ホルダー１１からガラスボールレンズ１２の位置ズレや抜け落ちを確実に防止することができる。収容部１１ｃは、ガラスボールレンズ１２の表面の損傷を防止するためにガラスボールレンズ１２全体をその内側に収容可能な寸法に設けられている。また、金属ホルダー１１の内部には、光ファイバ１３の外径よりもわずかに大径の貫通孔１１ｄが設けられている。この貫通孔１１ｄは、挿入孔１１ａに連通するとともに、収容部１１ｃに連通して設けられている。さらに、金属ホルダー１１には、その外周部から工具等により押圧加工を施すことで形成される複数の陥没部１１ｅが設けられている。これらの陥没部１１ｅは、収容部１１ｃと、貫通孔１１ｄとの間に設けられ、詳細について後述するように、ガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３の位置決めに利用される。

ガラスボールレンズ１２は、非球面レンズに比べて安価な、球面のボールレンズで構成されている。球面のガラスボールレンズ１２を用いることで、光コリメータ１０におけるレンズの精密な位置合わせを必要とせず、組み立てが容易となる。また、ガラスボールレンズ１２の外径は０．３〜１．５ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍ以下とする。これにより、金属ホルダー１１の細径化を図ることができ、光コリメータ１０全体の小型化に寄与することが可能となる。また、ガラスボールレンズ１２のビッカース硬度ＨＶは４５０〜７００、かつ、熱膨張係数は６０×１０^−７／℃以下とする。これにより、光コネクタの熱を原因とするガラスボールレンズ１２の膨張に起因する、金属ホルダー１１および／またはガラスボールレンズ１２の破壊を防ぐことができる。また、ガラスボールレンズ１２の屈折率は、１．５前後とする。これにより、ガラスボールレンズ１２の球面収差量を小さくし、光利用効率を高めることが可能となる。このようなガラスボールレンズ１２としては、例えば、ＢＫ７が使用される。例えばこの図３に示すように、ガラスボールレンズ１２は、金属ホルダー１１の収容部１１ｃ内に収容された状態において、開口部１１ｂからアダプタ１０８の開口部１０６に臨む一方、貫通孔１１ｄに挿入された光ファイバ１３の先端部に臨むように配置されている。

光ファイバ１３は、例えば、プラスチック光ファイバ１３で構成され、その中心を貫通して設けられるコア１３ａと、このコア１３ａを被覆するクラッド１３ｂと、このクラッド１３ｂを被覆して補強する補強層１３ｃとから構成されている。プラスチック光ファイバは、コア１３ａを太くすることが可能なため、石英やガラスをコア材にした光ファイバと比較して伝送できる光の量が多く、すぐれた柔軟性を有するため扱いやすく、また軽量であり、さらに低コストである。また、光コリメータ１０への取り付けに特殊な治具（例えば、フェルール等）を必要としないため、組み立て作業が容易となり、製造コストを効果的に引き下げることが可能となる。光ファイバ１３のガラスボールレンズ１２に対向する端面においては、コア１３ａ、クラッド１３ｂおよび補強層１３ｃが同一平面上に配置されている。すなわち、ガラスボールレンズ１２に対向する端面において、コア１３ａ、クラッド１３ｂおよび補強層１３ｃが揃って配置されている。

また、光ファイバ１３は、挿入孔１１ａを介して貫通孔１１ｄに挿入され、その先端部がガラスボールレンズ１２の近傍でその球面に対向するように配置した状態で固定されている。この場合において、光ファイバ１３は、例えば、貫通孔１１ｄの内周面との間に塗布された接着剤により金属ホルダー１１に固定される。なお、金属ホルダー１１に対する光ファイバ１３の固定に関しては、これに限定されるものではなく、任意の固定方法が適用可能である。

第１の実施の形態に係る光コリメータ１０において、光ファイバ１３は、例えば、グレーデッドインデックス（ＧＩ）型光ファイバで構成され、ファイバ軸に垂直な断面で屈折率が連続的に変化するように構成されている。また、コア１３ａおよびクラッド１３ｂは、例えば、Ｃ−Ｈ結合のＨをＦに置換した全フッ素置換光学樹脂で構成されている。これらのように光ファイバ１３を全フッ素置換光学樹脂で構成するとともに、ＧＩ型光ファイバで構成することにより高速かつ大容量通信を実現することができるものとなっている。

このような構成を有し、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０においては、コストの上昇を抑制しつつ、簡便にガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３との位置決めを行うために金属ホルダー１１に設けた陥没部１１ｅを利用する。具体的には、金属ホルダー１１に設けた陥没部１１ｅにガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３の一部を当接させて位置決めを行うことで、これらの位置決め用のスペーサなどの構成を不要とすることで、コストの上昇を抑制しつつ、簡便にガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３との位置決めを可能とするものである。

ここで、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０の金属ホルダー１１におけるガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３の位置決め方法について図４を用いて説明する。図４は、図３に示す２点鎖線Ｂ内の拡大図である。図４に示すように、陥没部１１ｅのうち、ガラスボールレンズ１２に対向する部分には、ガラスボールレンズ１２の一部が当接する一方、光ファイバ１３に対向する部分には、光ファイバ１３を構成するコア１３ａ以外のクラッド１３ｂおよび／または補強層１３ｃの一部が当接する。このように当接した状態でガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３がそれぞれ金属ホルダー１１の所定位置に位置決めされる。

図４に示すように、陥没部１１ｅは、光ファイバ１３の挿入方向と直交する平面（例えば、図４に示す光ファイバ１３の端面と平行に配置され、陥没部１１ｅの中心を通過する平面Ｃ）に対して、ガラスボールレンズ１２に対向する部分の角度と、光ファイバ１３に対向する部分の角度とが異なる角度に設けられている。このような陥没部１１ｅは、例えば、先端部の形状の異なる先細の工具を用いて押圧加工を施すことにより設けられる。このような工具で押圧加工することにより、陥没部１１ｅは、その押圧加工時における中心軸を基準としてガラスボールレンズ１２に対向する部分の形状と、光ファイバ１３に対向する部分の形状とが非対称に設けられることとなる。このように陥没部１１ｅにおけるガラスボールレンズ１２に対向する部分の角度と、光ファイバ１３に対向する部分の角度とを異なる角度とすることで、形状の異なるガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３との効果的に位置決めすることが可能となる。

また、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０においては、このような陥没部１１ｅが金属ホルダー１１の同一周上に複数（本実施の形態においては、３つ）設けられている。同一周上への陥没部１１ｅの形成は、例えば、上述した先端形状の異なる工具により金属ホルダー１１の外周から同時に押圧加工を施すことが考えられる。このように同一周上に複数の陥没部１１ｅを設けることにより、ガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３をそれぞれ複数の位置で当接させることができるので、より高精度にガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３の位置決めを行うことが可能となる。

陥没部１１ｅにおけるガラスボールレンズ１２に対向する部分は、傾斜面１１ｅ_１を構成する。この傾斜面１１ｅ_１は、図４に矢印で示す光ファイバ１３の挿入方向と直交する平面（例えば、図４に示す光ファイバ１３の端面と平行に配置され、陥没部１１ｅの基端部を通過する平面Ｄ）に対する角度θ_１が０°以上４５°以下となるように設けられている。このようにガラスボールレンズ１２側の傾斜面１１ｅ_１の角度θ_１を光ファイバ１３の挿入方向と直交する平面Ｄに対して０°以上４５°以下に設定することにより、ガラスボールレンズ１２における光ファイバ１３側の一部を支持した状態で位置決めすることができるので、ガラスボールレンズ１２の位置精度を高めることができるものとなっている。

また、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０においては、陥没部１１ｅにおけるガラスボールレンズ１２に対向する部分の表面には、切削加工、プレス（押圧）加工、研削加工、エネルギービーム加工による除去加工を施すことで、ガラスボールレンズ１２との当接面を形成している。このようにガラスボールレンズ１２に対向する陥没部１１ｅの表面に除去加工を施すことで、ガラスボールレンズ１２との当接面を形成したことから、陥没部１１ｅにおけるガラスボールレンズ１２の当接面を平滑化することができるので、ガラスボールレンズ１２の損傷を防止することができるとともに、ガラスボールレンズ１２の位置精度を更に高めることができるものとなっている。なお、かかる除去加工については、以下に示す第２、第３の実施の形態に係る光コリメータ２０、３０においても同様に行われる。

一方、陥没部１１ｅにおける光ファイバ１３に対向する部分は、傾斜面１１ｅ_２を構成する。傾斜面１１ｅ_２は、光ファイバ１３の挿入方向と直交する平面（例えば、図４に示す光ファイバ１３の端面と平行に配置される平面Ｅ）に対する角度θ_２が０°以上２０°以下となるように設けられている。このように傾斜面１１ｅ_２の角度を平面Ｅに対して０°以上２０°以下に設けることにより、光ファイバ１３が、上述したように、コア１３ａ、クラッド１３ｂおよび補強層１３ｃが同一平面上に配置されて構成される場合に、当該光ファイバ１３の端面を陥没部１１ｅに当接させることにより、これらの位置精度を確保し易くすることができるものとなっている。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０においては、球面のガラスボールレンズ１２を用いているため、非球面レンズを用いる場合のように精密な位置合わせが必要ない。また、光ファイバ１３としてプラスチック光ファイバを用いている場合には、金属ホルダー１１への固定が容易でありフェルール等の別部品が不要である。したがって、組み立て、製造作業が容易になることから、製造コストを効果的に引き下げ、かつ、組み立て精度を高めることが可能となる。また、ガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３（プラスチック光ファイバ）を用いているため、部品費用を低減することができる。さらに、外径が０．３〜１．５ｍｍのガラスボールレンズ１２を用いているため、金属ホルダー１１の細径化を図り、光コリメータ１０全体の小型化に寄与することが可能となる。

また、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０においては、金属ホルダー１１に設けた陥没部１１ｅにガラスボールレンズ１２の一部および光ファイバ１３の一部を当接させて位置決めするようにしたことから、陥没部１１ｅを基準としてガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３を位置決めすることができるので、煩雑な組み立て工程を必要とせず作業効率を向上でき、コストの上昇を抑制しつつ、簡単にガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３とを位置決めすることが可能となる。

例えば、光ファイバを用いて機器間もしくは機器内での大容量通信を行うために用いられる光コリメータにおいて、光ファイバとコリメータレンズとの位置決め用に隔壁（スペーサ部）を形成する必要がある場合には、金属材料等で構成される保持部材に対して切削加工などの加工処理を施す必要がある。しかしながら、上記用途で使用される光コリメータの保持部材においては、その寸法が小さくなることから、切削加工の加工精度が低下し、加工処理に伴うコスト（例えば、寸法不良製品の発生によるコスト）の増大が顕著となる。これに対し、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０の金属ホルダー１１においては、保持部材である金属ホルダー１１に切削加工を施すことで隔壁（スペーサ部）を形成するのではなく、塑性加工を施すことで陥没部１１ｅを形成することから、加工処理に伴うコストを大幅に低減することができる。例えば、上述した切削加工を用いた加工処理と比べて１／２〜２／３程度に低減することができる。

また、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０の金属ホルダー１１においては、陥没部１１ｅによりガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３との位置決めを行う一方、貫通孔１１ｄの内周面との間に塗布された接着剤等により光ファイバ１３を固定している。この場合において、貫通孔１１ｄは、光ファイバ１３の固定に十分な長さを有して構成されていることから、光ファイバ１３を位置決めした状態で堅固に固定される。このため、光ファイバ１３を用いて機器間もしくは機器内での大容量通信を行うための用途において、抜き差しが繰り返し行われた場合においても、光ファイバ１３とガラスボールレンズ１２との位置関係を維持することができる。

なお、以上の説明においては、金属ホルダー１１に設けた陥没部１１ｅにガラスボールレンズ１２の一部および光ファイバ１３の一部を当接させてガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３との位置決めを行う場合について説明している。しかしながら、ガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３との位置決め方法については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、ガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３の双方を陥没部１１ｅに当接させるのではなく、ガラスボールレンズ１２または光ファイバ１３の一方を当接させるようにし、他方については陥没部１１ｅ以外の金属ホルダー１１の部分で位置決めを行うようにしても良い。但し、この場合には、他方を位置決めするための部分が、陥没部１１ｅとの関係で一定の位置関係に設計されることを前提とする。すなわち、本発明に係る光コリメータ１０においては、ガラスボールレンズ１２または光ファイバ１３の一方を陥没部１１ｅに当接させる着想も含まれる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る光コリメータにおいては、挿入される光ファイバの構成が異なる点、ならびに、この光ファイバの構成に応じてこれを位置決めするための陥没部の形状が異なる点において、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０と相違する。以下、第２の実施の形態に係る光コリメータの構成について、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０との相違点を中心に説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光コリメータ２０の側面図である。図６は、図５に示すＦ−Ｆにおける断面図である。図７は、図６に示す２点鎖線Ｇ内の拡大図である。なお、図５〜図７において、図２〜図４に示す第１の実施の形態に係る光コリメータ１０と共通する構成については同一の符号を付与してその説明を省略する。

第２の実施の形態に係る光コリメータ２０に挿入される光ファイバ１５は、例えば、ガラス光ファイバで構成され、その中心を貫通して設けられるコア１５ａと、このコア１５ａを被覆するクラッド１５ｂと、このクラッド１５ｂを更に被覆する補強層１５ｃとから構成されている。光ファイバ１５は、例えば、ガラス材料で構成されている。

図６に示すように、光ファイバ１５は、ガラスボールレンズ１２と対向する端面において、補強層１５ｃの被覆が除去されており、クラッド１５ｂおよびコア１５ａがガラスボールレンズ１２側に突出している。すなわち、ガラスボールレンズ１２に対向する端面において、コア１５ａおよびクラッド１５ｂは、補強層１５ｃで構成される端面よりもガラスボールレンズ１２側に突出した状態となっている。

図６に示すように、金属ホルダー１１の厚みが、光ファイバ１５の挿入部分と陥没部１１ｆおよび収容部１１ｃの近傍部分で異なっている。これは、外径の細い光ファイバ１５（例えば、ガラス光ファイバ）を用いる際に当該光ファイバ１５と金属ホルダー１１の内径との差をある程度小さくすることにより、光ファイバ１５に対する一定の保持力を確保することを意図している。しかし、一定以上の厚みを有すると、陥没部１１ｆの形成に支障が生じるため、該当部分をあらかじめ切削加工などによって肉薄としている。このように金属ホルダー１１を構成することにより、外径の細い光ファイバ１５（例えば、ガラス光ファイバ）を用いる場合であっても、金属ホルダー１１の一定位置に光ファイバ１５を保持することができるとともに、ガラスボールレンズ１２と光ファイバ１５との位置決めを行う陥没部１１ｆを所望の形状に形成することが可能となる。

金属ホルダー１１における収容部１１ｃと、貫通孔１１ｄとの間には、ガラスボールレンズ１２と光ファイバ１５との位置決めを行うための陥没部１１ｆが設けられている。この陥没部１１ｆにおいては、上述した光ファイバ１５の構成に応じて、第１の実施の形態に係る陥没部１１ｅと異なる形状を有している。具体的には、光ファイバ１５に対向する部分の形状において、第１の実施の形態に係る陥没部１１ｅと異なっている。なお、この陥没部１１ｆの形状については後述する。

ここで、このような陥没部１１ｆを有する光コリメータ２０の金属ホルダー１１におけるガラスボールレンズ１２および光ファイバ１５の位置決め方法について説明する。図７に示すように、陥没部１１ｆのうち、ガラスボールレンズ１２に対向する部分には、ガラスボールレンズ１２の一部が当接する一方、光ファイバ１５に対向する部分には、光ファイバ１５を構成する補強層１５ｃの一部が当接する。この場合、コア１５ａおよびクラッド１５ｂは、陥没部１１ｆとの当接位置よりもガラスボールレンズ１２側に突出して配置されている。このように当接した状態でガラスボールレンズ１２および光ファイバ１５がそれぞれ金属ホルダー１１の所定位置に位置決めされる。

図７に示すように、陥没部１１ｆにおけるガラスボールレンズ１２に対向する部分は、傾斜面１１ｆ_１を構成する。この傾斜面１１ｆ_１は、第１の実施の形態に係る陥没部１１ｅの傾斜面１１ｅ_１と同様の構成を有し、図７に矢印で示す光ファイバ１５の挿入方向と直交する平面（例えば、図７に示す光ファイバ１５の端面と平行に配置され、陥没部１１ｆの基端部を通過する平面Ｈ）に対する角度θ_３が０°以上４５°以下となるように設けられている。このようにガラスボールレンズ１２側の傾斜面１１ｆ_１の角度θ_３を光ファイバ１５の挿入方向と直交する平面Ｈに対して０°以上４５°以下に設定することにより、球形状を有するガラスボールレンズ１２における光ファイバ１５側の一部を支持した状態で位置決めすることができるので、ガラスボールレンズ１２の位置精度を高めることができるものとなっている。

一方、陥没部１１ｆにおける光ファイバ１５に対向する部分は、傾斜面１１ｆ_２を構成する。傾斜面１１ｆ_２は、光ファイバ１５の挿入方向と直交する平面（例えば、図７に示す光ファイバ１５の補強層１５ｃの端面と平行に配置される平面Ｉ）に対する角度θ_４が３０°以上８０°以下となるように設けられている。このように光ファイバ１５に対向する陥没部１１ｆの角度を、光ファイバ１５の挿入方向と直交する平面Ｉに対して３０°以上８０°以下とすることにより、光ファイバ１５が、上述のように、コア１５ａ、クラッド１５ｂおよび補強層１５ｃとから構成され、コア１５ａおよびクラッドが補強層１５ｃの平面より突出して配置される光ファイバ（例えば、ガラス光ファイバ）で構成される場合において、光ファイバ１５の挿入がスムーズになるとともに、ガラスボールレンズ１２と光ファイバ１５の位置精度を確保し易くすることが可能となる。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る光コリメータ２０においては、金属ホルダー１１に設けた陥没部１１ｆにガラスボールレンズ１２の一部および光ファイバ１５の一部を当接させて位置決めするようにしたことから、陥没部１１ｆを基準としてガラスボールレンズ１２および光ファイバ１５を位置決めすることができるので、煩雑な組み立て工程を必要とせず作業効率を向上でき、コストの上昇を抑制しつつ、簡単にガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３とを位置決めすることが可能となる。

なお、第２の実施の形態に係る光コリメータ２０において、陥没部１１ｆが、ガラスボールレンズ１２に対向する部分の角度と、光ファイバ１５に対向する部分の角度とが異なる角度に設けてられている点、ならびに、金属ホルダー１１の同一周上に複数設けてられている点は、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０と同様である。このため、第２の実施の形態に係る光コリメータ２０においても、これらの陥没部１１ｆの構成による効果を得ることが可能である。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る光コリメータにおいては、陥没部の構成が異なる点において、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０と相違する。以下、第３の実施の形態に係る光コリメータの構成について、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０との相違点を中心に説明する。

図８は、本発明の第３の実施の形態に係る光コリメータ３０の側面図である。図９は、図８に示すＪ−Ｊにおける断面図である。図１０は、図９に示す２点鎖線Ｋ内の拡大図である。なお、図８〜図１０において、図２〜図４に示す第１の実施の形態に係る光コリメータ１０と共通する構成については同一の符号を付与してその説明を省略する。

第３の実施の形態に係る光コリメータ３０において、陥没部１１ｇは、図８および図９に示すように、収容部１１ｃと貫通孔１１ｄとの間において、金属ホルダー１１の周面全体に設けられている。すなわち、陥没部１１ｇは、収容部１１ｃと貫通孔１１ｄとの間の金属ホルダー１１に円環状の凹部を構成するように設けられている。陥没部１１ｇは、例えば、径の寸法を変更可能な円環状の工具により金属ホルダー１１の外周部から押圧加工を施すことにより設けられる。

ここで、このような陥没部１１ｇを有する光コリメータ３０の金属ホルダー１１におけるガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３の位置決め方法について説明する。図１０に示すように、陥没部１１ｇのうち、ガラスボールレンズ１２に対向する部分には、ガラスボールレンズ１２の一部が当接する一方、光ファイバ１３に対向する部分には、光ファイバ１３を構成するクラッド１３ｂおよび／または補強層１３ｃの一部が当接する。このように当接した状態でガラスボールレンズ１２および光ファイバ１５がそれぞれ金属ホルダー１１の所定位置に位置決めされる。

陥没部１１ｇにおけるガラスボールレンズ１２に対向する部分は、傾斜面１１ｇ_１を構成する。この傾斜面１１ｇ_１は、第１の実施の形態に係る陥没部１１ｅと同様に、図１０に矢印で示す光ファイバ１３の挿入方向と直交する平面（例えば、図１０に示す光ファイバ１３の端面と平行に配置され、陥没部１１ｇの基端部を通過する平面Ｌ）に対する角度θ_５が０°以上４５°以下となるように設けられている。このようにガラスボールレンズ１２側の傾斜面１１ｇ_１の角度θ_５を光ファイバ１３の挿入方向の中心軸Ｌと直交する面に対して０°以上４５°以下に設定することにより、球形状を有するガラスボールレンズ１２における光ファイバ１３側の一部を支持した状態で位置決めすることができるので、ガラスボールレンズ１２の位置精度を高めることができるものとなっている。

一方、陥没部１１ｇにおける光ファイバ１３に対向する部分は、傾斜面１１ｇ_２を構成する。傾斜面１１ｇ_２は、第１の実施の形態に係る陥没部１１ｅと同様に、光ファイバ１３の挿入方向と直交する平面（例えば、図１０に示す光ファイバ１３の端面と平行に配置される平面Ｍ）に対する角度θ_６が０°以上２０°以下となるように設けられている。このように傾斜面１１ｇ_２の角度を平面Ｍに対して０°以上２０°以下に設けることにより、光ファイバ１３が、上述したように、コア１３ａとクラッド１３ｂとが同一平面上に配置される光ファイバ（例えば、プラスチック光ファイバ）で構成される場合に、光ファイバ１３の端面を陥没部１１ｇに当接させることにより、これらの位置精度を確保し易くすることができるものとなっている。このため、陥没部の角度は、０°が最も好ましいが、２０°以下であれば所望の位置精度を確保することが可能となる。

以上説明したように、第３の実施の形態に係る光コリメータ３０においては、金属ホルダー１１に設けた陥没部１１ｇにガラスボールレンズ１２の一部および光ファイバ１３の一部を当接させて位置決めするようにしたことから、陥没部１１ｇを基準としてガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３を位置決めすることができるので、煩雑な組み立て工程を必要とせず作業効率を向上でき、コストの上昇を抑制しつつ、簡単にガラスボールレンズ１２と光ファイバ１３とを位置決めすることが可能となる。

なお、第３の実施の形態に係る光コリメータ３０において、陥没部１１ｇが、ガラスボールレンズ１２に対向する部分の角度と、光ファイバ１３に対向する部分の角度とが異なる角度に設けてられている点は、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０と同様である。このため、第３の実施の形態に係る光コリメータ３０においても、この陥没部１１ｇの構成による効果を得ることが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記第１の実施の形態においては、プラスチック光ファイバを光ファイバ１３の一例として説明しているが、第１の実施の形態に係る光コリメータ１０にて適用される光ファイバ１３は、プラスチック光ファイバに限定されるものではない。ガラスボールレンズ１２側の端面が同一平面上に配置される構成であれば、ガラス光ファイバを適用することも可能である。

また、上記第２の実施の形態においては、ガラス光ファイバを光ファイバ１５の一例として説明しているが、第２の実施の形態に係る光コリメータ２０にて適用される光ファイバ１３は、ガラス光ファイバに限定されるものではない。例えば、ガラスボールレンズ１２側の端面の一部が突出して配置される構成であれば、プラスチック光ファイバを適用することも可能である。例えば、このようなプラスチック光ファイバとしては、クラッドの外周を被覆する被覆層が形成され、コア及びクラッドのみが被覆層の端面から突出して配置される場合が該当し得る。

さらに、上記実施の形態においては、光コリメータ１０（２０，３０）において、金属ホルダー１１の開口部１１ｂからガラスボールレンズ１２が露出しない構成について説明している。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、図１１に示すように、金属ホルダー１１の開口部１１ｂからガラスボールレンズ１２の一部が露出する構成とすることも可能である。図１１Ａは本発明の第１の実施の形態に係る光コリメータの変形例を示す側面図であり、図１１Ｂは本発明の第１の実施の形態に係る光コリメータの変形例を示す側断面図である。なお、この場合においても、ガラスボールレンズ１２における陥没部１１ｅに対向する部分は傾斜面１１ｅ_１に当接しているものとする。ガラスボールレンズ１２が、金属ホルダー１１の開口部１１ｂから露出する構成とすることで、光コリメータ１０（２０，３０）の外部からガラスボールレンズ１２の汚れを除去することが容易となる。

また、上記実施の形態においては、本発明を光コリメータ１０（２０，３０）およびこれが接続される光コネクタに具現化した場合について説明している。しかしながら、本発明は、これらに限定されるものではなく、上記光コリメータ１０（２０，３０）が有する金属ホルダー１１で構成される光コリメータ用保持部材としても成立するものである。この場合、光コリメータ用保持部材は、例えば、金属ホルダー１１の全体で構成される円筒形状部と、この円筒形状部の一端に設けられ、ガラスボールレンズ１２を収容するための収容部１１ｃと、円筒形状部の他端に設けられ、光ファイバ１３（１５）を挿入するための挿入孔１１ａと、円筒形状部の収容部１１ｃの近傍の外周に設けられ、ガラスボールレンズ１２および光ファイバ１３の端面の少なくとも一方を当接させて位置決めを行うための陥没部１１ｅ（１１ｆ，１１ｇ）を具備する。

１００ 光コネクタ
１０１ 半導体レーザチップ
１０２ ケース
１０２ａ 側面
１０３ マウント台
１０４ 光学レンズ
１０５ 半導体レーザユニット
１０６ 開口部
１０７ 挿入口
１０８ アダプタ
１０，２０，３０ 光コリメータ
１１ 金属ホルダー
１１ａ 挿入孔
１１ｂ 開口部
１１ｃ 収容部
１１ｄ 貫通孔
１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ 陥没部
１２ ガラスボールレンズ
１３，１５ 光ファイバ
１３ａ，１５ａ コア
１３ｂ，１５ｂ クラッド
１３ｃ，１５ｃ 補強層

Claims (7)

1. 円筒形状を有する金属ホルダーと、前記金属ホルダーの一端に形成された収容部に収容されるガラスボールレンズと、前記金属ホルダーの他端に形成された挿入孔から挿入され所定位置に固定される光ファイバと、を備え、
   前記金属ホルダーの外周部から前記収容部近傍に対して塑性加工によって陥没部を設けることで形成される傾斜面に前記ガラスボールレンズおよび前記光ファイバの端面を当接させて位置決めを行う光コリメータであって、
   前記ガラスボールレンズの外径は０．３〜１．５ｍｍ、ビッカース硬度ＨＶは４５０〜７００、かつ、熱膨張係数は６０×１０^−７／℃以下であり、
   前記ガラスボールレンズの前記収容部に対する圧入代は１〜５μｍであり、
   前記金属ホルダー内面の算術平均粗さは０．５〜１．５μｍであることを特徴とする光コリメータ。
2. 前記金属ホルダーの同一周上に複数の前記陥没部を設けることを特徴とする請求項１記載の光コリメータ。
3. 前記光ファイバに対向する前記傾斜面の角度を、前記光ファイバの挿入方向と直交する平面に対して２０°以下とし、前記光ファイバの端面の一部を前記傾斜面に当接させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光コリメータ。
4. 前記光ファイバに対向する前記傾斜面の角度を、前記光ファイバの挿入方向と直交する平面に対して３０°以上８０°以下とし、前記光ファイバを構成する補強層の一部を前記傾斜面に当接させ、当該当接部よりも前記ガラスボールレンズ側に前記光ファイバを構成するコアおよびクラッドの端面を配置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光コリメータ。
5. 前記光ファイバに対向する前記傾斜面の角度と、前記ガラスボールレンズに対向する前記傾斜面の角度とを前記光ファイバの挿入方向と直交する平面に対して異なる角度とすることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光コリメータ。
6. 前記ガラスボールレンズに対向する前記傾斜面の角度を、前記光ファイバの挿入方向と直交する平面に対して０°以上４５°以下とし、前記ガラスボールレンズの一部を前記傾斜面に当接することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光コリメータ。
7. 前記ガラスボールレンズに対向する前記傾斜面の表面に除去加工を施すことで、前記ガラスボールレンズとの当接面を形成することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光コリメータ。

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