JPH01505A - 光フアイバの先端を２つの直交し合う軸線に沿つて変移させる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光ファイバを別の光学素子に対して調心させ
るべく光フアイバ先端を２つの直交し合う軸線に沿って
変移させる装置に係わる。この装置は前記光学素子を支
持するフレームと、薄いブレードを有する非関節式変形
性基体（ｓｏｌｉｄｅ　ｄ＆−ｆｏｒｍａｂｌｅ　ｎｏ
ｎ　ａｒ’Ｌｉｃｕｌｌりとを含み、前記変形性基体に
調心すべき光ファイバが固定される。

周知のように、長距離光リンクによる伝送損失の主な原
因は、例えば溶着によって互いに接続された２つの光フ
ァイバの軸線の不一致にある。ファイバの軸線を正確に
調心させることはマルチモード光ファイバにとっては既
に極めて重要な要件であるが、これはコアの直径がかな
り小さく１０ミクロンのオーダーであるモノモード光フ
ァイバにとっても重要になってきている。

光ファイバの接続には最初、極めて細かいピッチの制御
ネジによって駆動する複数のスライドを用いるマイクロ
メータ変移装置が使用されていた。

この装置では、３つの次元で任意の方向に変移できるよ
うに前記スライドを互いに交差し又は重ね合わせて使用
する。しかしながら、これらのスライドの間には遊びが
存在し、そのため特にモノモード光ファイバの接続に必
要な１／１ｏマイクロメータのオーダーの精度を得るの
は不可能であることが判明した。

そこで、スライド式装置に代えて、変形性基体を用いる
変移装置の使用が試みられた。

この種の装置は、例えば仏画特許明細書ＦＲ−＾第２．
５４８，３９０号に記載されている。この先行装置の変
形性基体は、圧電支材の作用で２つの直交平面に沿って
たわむことにより作動する固定梁である。

この固定梁は、その軸線に沿って配置された該軸線と直
交する一連の凹部を有し、これらの凹部が薄いブレード
を構成する。固定梁の軸線に沿って配置されたこれらの
凹部は、光フアイバ先端の望ましくない角変径を誘起し
、その結果光ファイバとこれに接続すべき別の光学素子
との正確な調心が阻止される。

本発明の目的は、精度のより高い光フアイバ先端変移装
置、特に、光フアイバ先端の望ましくない回転を回避す
る装置を提供することにある。そのために本発明は、湾
曲することによって作動する薄いブレード付き固定梁か
らなる変形性基体に代えて、平行六面体状に配置された
薄いブレードを含む変形性基体を使用する。前記平行六
面体のｒＩｆｒＷＪは薄いブレードの平面及び光ファイ
バの軸線と直交する。

英国特許明細書ＣＢ第２，０８０，４７１号には、バネ
の機能を果たす二重の薄いブレードを用いるマイクロマ
ニピュレータが開示されている。前記ブレードは平行六
面体の面を構成し、この平行六面体の縁は角柱ブロック
がらなり、これらのブロックにブレードの先端が固定さ
れる。

このような装置では、変移を十分正確に行うことはでき
ない、角度方向又は長手方向の遊びなしで薄いブレード
を角柱ブロックに固定するのは極めて難しいことだがら
である。加えて、これらのブレードは断面が均一である
ため、曲げ応力がブレードの全長にわたって変化する。

この応力は角柱ブロックのすぐ近傍で最大になる。また
、ブレードの中央部分では、材料の一部分が無用である
ばかりでなく、一定の応力の作用下におけるブレードの
変形率を低下させることがら、有害でもある。

本発明の変形性基体は単一部材からなる。これは、複数
の別個の部材を組み立てることによって生じる幾何学的
欠陥と、これら部材の相対移動の可能性とを回避するた
めである。また、本発明の変形性基体のブレードは中央
部分で厚みが薄くなり、一端から中央部分にかけてのこ
の厚み変化は、物質中の応力がブレードのいずれの横断
面でもほぼ同等になるように計算される。

本発明の装置は、変形性基体が単一部材として形成され
、その薄いブレード部分が平行六面体の面に沿って配置
され、この平行六面体の断面が静止時には正方形であっ
て光ファイバの輪線と直交し、該平行六面体の一方の対
角線の一端がフレームに、他端が調心すべき光ファイバ
に固定され、他方の対角線の両端が各々該平行六面体の
断面を変形させる変移手段の支点を構成することを特徴
とする。

本発明の装置は更に、下記の特徴の少なくとも１つを有
する。

−薄いブレードの断面が、その両端から等距離をおいて
位置する領域に向けて各先端がら先細りになる； −ブレード断面の先細り度が、材料中の応力がブレード
のいずれの横断面でもほぼ同等になるようにする数字的
法則に従って決定される；−平行六面体の各面が単一の
薄いブレードからなる； −平行六面体の各面が２つの互いに平行な薄いブレード
からなり、これらのブレードのプロフィルが、これらブ
レードから等距離の位置にある平面に対して互いに対称
をなす； −支点を構成する対角線の各先端と各変移手段との間に
、薄いブレードとほぼ平行に延びる可視性部材が挿入さ
れる。

以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明
をより詳細に説明する。尚、この具体例では前記光学素
子が別の光ファイバであり、この装置は主として２つの
光ファイバの先端を互いに接続する場合に使用される。

且」す１ 第１図の装置は固定フレーム１と、該フレーム１上を滑
動するサポート２と、単一部材として形成された変形性
基体１０とを含み、変形性基体１０は４つの角柱ブロッ
クと薄いブレード１４からなる４つの側面とで構成され
ている。４つの角柱ブロックとはフレーム１に固定され
る台座１１、支持ブロック１２及び２つの操作ブロック
１３である。操作ブロック１３及び薄いブレード１４は
第２図及び第３図に詳細に示した。

サポート２はＶ溝３を有し、この溝内に光ファイバ４が
配置される。変形性基体１０の支持ブロック１２はＶＩ
５を有し、この溝には調心すべき光ファイバ６が配置さ
れる。これら２つの光ファイバは勿論適当な手段（図示
せず）によって対応溝内に保持される。

従って、光ファイバ６の先端を２つの直交平面に沿って
変移させると共に、サポート２を前記２つの平面と直交
する第３の平面に沿って移動させて光ファイバ４をファ
イバ６に近付ければ、前記変形性基体１０によって光フ
ァイバ６と光ファイバ４とを調心することができる。

第２図は第１具体例による変形性基体１ｏ＾を示してい
る。この基体の横断面は４つの側面を有し、各側面が薄
い単一ブレード１４＾からなる。

４つの薄いブレード１４＾は正方形を形成し、こ　　゛
の正方形の鉛直方向対角線の一端が台座１１＾がらなり
、他端が支持ブロック１２＾で構成され、水平方向対角
線の各先端が操作ブロック１３＾で構成されている。ブ
レードは先端がブロックの面と直角であり、断面の中央
部分が薄くなっている。従ってこれらのブレードは、同
等の耐性を有する２つの梁を向きを互い違いにして並べ
、厚みの薄い先端を介して相互接続したようなプロフィ
ル有する。

このようにすると、材料中の応力がブレードの横断面全
体にわたってほぼ同等になる。各操作プロッり１３＾は
、例えばマイクロメータネジ又は圧電支材のごとき任意
の適当な変移手段によって矢印Ｆ方向に推力を受ける。

第３図及び第４図は、第２具体例による変形性基体１０
Ｂを示している。

第３図では基体Ｌｏｆｔが４つの側面を有し、各側面が
２つの互いに平行な薄いブレード１４Ｂで構成されてい
る。

これら４対の薄い平行ブレード１４Ｂは正方形を形成し
、この正方形の鉛直方向対角線の一端は台座１１Ｂで構
成され一池端は支持ブロック１２Ｂからなり、水平方向
対角線の各先端は操作ブロック１３Ｂで構成されている
。これらブレードは先端がブロックの面に対して直角で
あり、断面の中央部分が薄くなっている。従って、これ
らブレードは、同等の耐性を有する２つの梁を互い違い
に並べて、厚みの薄い先端を介して相互接続したような
プロフィルを有する。いずれのブレード対でもブレード
のプロフィルはこれら２つのブレードから等距離をおい
な平面に対して互いに対称をなす。各操作ブロックは適
当な変移手段によって矢印Ｆ方向に推力を受ける。

第４図は、圧電支材２０と可撓性中間部材１５とで構成
された特定具体例の変移手段を示している。

この変移手段では可撓性部材１５が特別な形状を有する
ため、装置全体を小型化すべく支材２０を鉛直方向に配
置することができる。操作ブロック１３Ｂと部材１５と
の間の機械的接続はシリンダ１７を挟持する２つのタブ
１６によって行われ、可撓性部材１５と圧電支材２０と
の間の機械的接続はシリンダ１９を挟持する２つのタブ
１８によって実施される。２つのタブの間に挟持された
シリンダを使用すると、完全に直線状の推力が得られる
。

ここで第５図を参照しながら本発明の装置の機能を説明
する。

この装置では、正方形の断面をもつ平行六面体が４っの
直交し合う薄いブレードと４つの角柱ブロックとで構成
され、ブロックＡが該装置のフレームに固定され、ブロ
ックＣが光ファイバを支持し且つ夫々側面ΔＢ及び八〇
と直交する２つの方向に従って加えられる力によりブロ
ックＢ及びＤに与えられる横方向変移作用を受ける。

ここで、各作用力によって生じる変移を別個に考慮し、
特にブロックＢに加えられる力Ｆについて考察する。こ
の力はブロックＢ及びブロックＣを変移させるが、ブロ
ックＤは支承手段２１の存在によってへ〇方向では動か
ない。

この方Ｆは同一方向の３つの力Ｆｌ、Ｆ２及びＦ３に分
解できる。Ｆｌは側面式Ｂを湾曲させ、Ｆ２は側面ＤＣ
を座屈させ、Ｆ３は側面ＤＣを湾曲させる。静止時初期
方向に対する側方変移は夫々符号ｙｔ、ｙｚ及びｙ３で
示した。

理論的には、変移ｙ１は固定梁、即ち一端が固定され他
端が該梁の初期軸線と直角の方向に変移するような両端
に固定された梁の先端の移動である。

長さが！であり、断面が均一である梁の自由端に、該梁
の軸線と直角の力Ｆ１を加えた場合の変移ｙｌ。

は、下記の式に従って材料耐性計算から求められる： 式中、Ｅは材料の弾性率であり、■。は材料の慣性モー
メントである。

ブレード断面が同等の耐性を有する２つのプロフィルを
対向して並べたような形状を有する該具体例では、材料
耐性計算の結果、梁の湾曲度が均−横断面梁の場合の２
倍であることが判明した。

次いで慣性モーメントＩ０を固定点で計算するが、この
固定点は該具体例ではブレードの先端に当たる。従って
実際に観察される湾曲は、 で求められる。

変移ｙ２は、理論的には、ブロックＢに作用する力Ｆ２
の作用で生じる均−横断面梁の座屈に起因する。２つの
先端Ｂ及びＣは固定されており、実質的に一定の方位を
維持するようになっている。

この変移ｙ２は、”５Ｌａｔｉｑｕｅ　ｅＬ　ｒｌ！５
ｉｓｔａｎｃｅ　ｄｅｓｎ＋ａｔ６ｒｉａｕｘ”に記載
のＰ、Ｍｏｎｔｅｌの方程式：に従って計算できる。

式中、ＦＯは式 ２、Ｅ、Ｉ。

ＦＯ＝４π□ によって得られる臨界力である。

加えられる力Ｆ２がＦＯより小さければ、座屈は生じず
、側面ＤＣは変形しない。

ブレード断面が同等の耐性を有する２つのプロフィルか
らなる場合の変移ｙ２は、前記値の２倍、即ち である゛。

しかしながら、力Ｆ２がＦＯ以下であると座屈が生じな
いためｙ２＝０になる。

力Ｆ３の作用による変移ｙ３は力Ｆ１の作用によるブロ
ックＢの変移と同じ性質のものであり、下記の式 を用いて計算できる。

このように変移ｙ１％ｙ２及びｙ３は、Ｆｌ＋Ｆ２＋Ｆ
３＝　Ｆの関係にある３つの作用力Ｆｌ、Ｆ２及びＦ３
と、ブレードの長さｌと、ブレードの両端で計算した慣
性モーメント■。と、材料の弾性率Ｅとに基づいて計算
することができる。

解決しなければならない唯一の問題は、力Ｆｌ、Ｆ２及
びＦ３の計算である。

変移が極めて小さい場合に見られるように、側面ＢＣが
座屈しない場合には、特に二重ブレードが使用されてい
る時には、Ｆ２・０且つＦｌ・Ｆ３・Ｆ／２と見なし得
、従って となる。

慣性モーメント■。はブレードの幅すと、ブレードの先
端近傍の厚みｈとから、方程式１．＝ｂｈ’／１２によ
って計算でき、従って変移ｙ１と力Ｆとの関係は下記の
式 ％式％ 変形性基体は等方性材料で単一部材として形成され、複
数の部材を組立てる必要はない、従ってブレードの先端
が、これに接続された角柱ブロックに対して移動するこ
とはない。

そのため、Ｂに加えられた力Ｆの作用でプレーて静止状
態を保持する側面＾Ｄとほぼ平行な状態を維持し、その
結果光ファイバを支持するブロックＣに加えられる横方
向変移が実質的に一定の方向に生じ、少なくとも２次近
似（ｓｅｃｏｎｄ　ｏｒｄｅｒａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉ
ｏｎ）の範囲内までは、初期方向に対して回転すること
はない。

これは、Ｄに位置する支材が作用する場合にも同様であ
り、この場合は変移が第１変移と直角であり、初期方向
に対して回転することなくＤＣに従って生じる。

このことは、この種のアセンブリでは、ブロックＣ（従
って具体例に応じてブロック１２＾又は１２Ｂ）のＶ溝
内に配置された光ファイバが初期偏光面に対して回転す
ることはないという事実を立証する。

これは、モノモード光ファイバにとって極めて重要なこ
とである０周知のようにモノモード光ファイバはファイ
バの軸線を中心とする回転によって相対的に誘導される
無限のモードを伝搬するが、この光ファイバは自然に存
在する不完全さ又は設計上の理由（即ち偶発的複屈折又
は偏光維持ファイバにおける所望の複屈折）から、偏光
面の方位に応じて異なる光学特性を有し、これが広帯域
信号を伝送する場合に極めて大きな問題となり、ファイ
バの別の特性に起因する制限より遥かに大きい制限が伝
送周波帯に課せられることになるからである。このこと
から明らかなように、前述のごとき装置は２つのモノモ
ードファイバを相互接続する場合に使用すると極めて有
利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の長手方向断面図、第２図は変形
性基体の第１具体例を示す正面図、第３図は変形性基体
の第２具体例を示す正面図、第４図は第３図の半分をよ
り詳細に示す説明図、第５図は３つの力Ｆｌ、Ｆ２及び
Ｆ３に分解される力Ｆの作用で変形した平行六面体を示
す簡略説明図である。 ４．６・・・・・・光ファイバ、１０，１０＾、１０Ｂ
・・・１０．変形性基体、１４，１４＾、１４Ｂ・・・
・・・ブレード、１５・・・・・・可撓性部材、２０・
・・・・・変移手段。 代理人弁理士　Ｆｄ日　　山　　　　武ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバを別の光学素子に対して調心すべく光
   ファイバの先端を２つの直交し合う軸線に沿って変移さ
   せる装置であって、前記光学素子を支持するフレームと
   、調心すべき光ファイバを支持する薄いブレード付き非
   関節式変形性基体とを含み、前記変形性基体が単一部材
   として形成され、該基体の薄くブレード形成部分が平行
   六面体の面に沿って配置され、この平行六面体は横断面
   が静止時には正方形であって光ファイバの軸線と直交し
   、この平行六面体の一方の対角線の一端が前記フレーム
   に固定され、他端が調心すべき光ファイバに固定され、
   他方の対角線の両端が各々前記平行六面体の横断面を変
   形させる変移手段の支点を構成することを特徴とする装
   置。
2. （２）薄いブレードの断面が、その両端から等距離をお
   いて位置するゾーンに向けて各先端から先細りになるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）ブレード断面の先細り度が、材料中の応力がブレ
   ードのいずれの横断面でもほぼ同じであるようにする数
   字的法則に従つて決定されることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載の装置。
4. （４）平行六面体の各面が薄い単一ブレードからなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項のいず
   れか一項に記載の装置。
5. （５）平行六面体の各面が２つの互いに平行な薄いブレ
   ードからなり、これらのブレードのプロフィルがこれら
   ２つのブレードから等距離をおいた平面に対して互いに
   対称をなすことを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第３項のいずれか一項に記載の装置。
6. （６）支点を構成する対角線の各先端と各変移手段との
   間に、薄いブレードとほぼ平行に延びる可撓性部材が挿
   入されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の装置。