JPH06289065A - 光学式センサにおけるコリメータのセンサ基板への取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フェルールの先端面にこれより小径のロッドレ
ンスを接合してなるコリメータを基板のＶ溝部に接着剤
を介して固着する取付構造において、温度変化による接
着剤の熱膨張・収縮に起因する光軸のずれを解消する。 【構成】光学式センサにおけるコリメータのセンサ基板
への取付構造であり、コリメータ１５のレンズ１５ｂの
外周が接着剤を介して接着されかつセンサ基板１１上に
接着剤を介して接着された支持部材１７〜２２によりコ
リメータ１５がセンサ基板１１に固定されていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光電圧センサ、光電界セ
ンサ、光磁界センサ等光学式センサにおける光の入射手
段、またはこれら各センサの光の出射手段として使用さ
れるコリメータのセンサ基板への取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のコリメータとしては、例えば特
開平１−２４４３７６号公報に示されているように、光
ファイバーが一端側から軸方向に嵌挿されて同光ファイ
バーのファイバー心線が他端側に臨むフェルールと、同
フェルールより小径の円柱状を呈し一端側を同フェルー
ルの他端側に接着され前記光ファイバーから入射される
光を平行光として出射しまたは入射される平行光を集光
して前記光ファイバーに出射するレンズを備えた形式の
コリメータがある。

【０００３】当該コリメータにおいては、一般にレンズ
がフェルールの外径より若干小さい外径に形成されてい
て、フェルールの他端側に臨む光ファイバーの心線とレ
ンズの光軸とが一致するように光軸調整した状態で、紫
外線硬化型等の接着剤を使用して接着されている。ま
た、当該コリメータのセンサ基板への取付けには、同基
板に設けた断面Ｖ字形のＶ字形溝部に配置して接着剤を
介して固定する取付手段が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コリメータ
のかかる取付構造においては温度の変化により接着剤層
が熱膨張および熱収縮するが、図７に示すように、フェ
ルール１の外周面と基板２に設けたＶ字形溝部の側面２
ａ，２ｂとの間の接着剤層の厚みとレンズ３の外周面と
Ｖ字形溝部の側面２ａ，２ｂとの間の接着剤層の厚みが
相違するため、温度変化によりフェルール１とレンズ３
の接合部に応力が集中してフェルール１に嵌挿された光
ファイバーの心線とレンズ３との光軸にずれが発生し、
透過する光量を低下させてセンサの感度および精度を低
下させるおそれがある。また、温度変化により発生する
応力が大きくなり、または応力が繰り返し発生すると、
フェルール１とレンズ３の接合部が破損するおそれがあ
る。従って、本発明の目的は、これらの問題に対処する
ことにある。なお、同図において、符号４はレンズ３と
Ｖ字形溝部の各側面２ａ，２ｂ間に介在する接着剤層を
模型的に示している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバー
が一端側から軸方向に嵌挿されて同光ファイバーのファ
イバー心線が他端側に臨むフェルールと、同フェルール
より小径の円柱状を呈し一端側を同フェルールの他端側
に接着され前記光ファイバーから入射される光を平行光
として出射しまたは入射される平行光を集光して前記光
ファイバーに出射するレンズを備えたコリメータを、セ
ンサ基板に設けた断面Ｖ字形のＶ字形溝部に配置して固
定してなる光学式センサにおけるコリメータのセンサ基
板への取付構造であり、前記レンズの外周が接着剤を介
して接着されかつ前記センサ基板上に接着剤を介して接
着された支持部材により前記コリメータが前記センサ基
板上に固定されていることを特徴とするものである。

【０００６】本発明の取付構造においては、前記支持部
材が前記センサ基板のＶ字形溝部と前記レンズ間に位置
して同溝部の側面と前記レンズの下側外周とに接着され
ていること、前記支持部材が前記センサ基板のＶ字形溝
部と前記レンズの外周間に位置して同溝部の側面と前記
レンズの上側周面とに接着されていること、前記支持部
材が前記センサ基板のＶ字形溝部に対向して延びる嵌合
溝を備え、同嵌合溝に前記レンズが嵌合されて接着され
た状態で前記支持部材が前記センサ基板上に接着されて
いること、前記支持部材が前記センサ基板上に前記Ｖ字
形溝部に直交して設けた溝部に嵌合して接着されている
こと、前記支持部材が前記センサ基板と同一の熱膨張係
数を有する材質のものであること等が好適である。

【０００７】

【発明の作用・効果】このように構成した取付構造にお
いては、コリメータを構成するフェルールとレンズにお
ける接着剤層の厚みが略同一となって温度変化時の径方
向の熱膨張および熱収縮が略同一になり、当該コリメー
タにおいては温度変化によりフェルールとレンズの接合
部における径方向の応力の発生が抑制される。このた
め、これら光ハァイバー心線とレンズ間の光軸にずれが
発生して透過する光量を低下させるようなことはなく、
光量低下に起因する光学式センサの感度および精度の低
下を生じさせるおそれがなく、かつフェルールとレンズ
の接合部が破損するおそれもない。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
るに、図１〜図３には本発明の第１実施例に係る取付構
造を採用した光磁界センサが示されている。当該光磁界
センサはセラミック質の基板１１の上端面の中央部にフ
ァラデー素子１２が接着されており、基板１１の上端面
の左右両側部にファラデー素子１２を挟んで偏光ビーム
スプリッタ１３，１４が接着されている。これら各部材
１２〜１４は互いに直列的に配設されている。また、各
コリメータ１５，１６は基板１１上の左右の各部に設け
たＶ字形溝部に嵌合されて接着され、各偏光ビームスプ
リッタ１３，１４に直交して対向して配置されている。

【０００９】コリメータ１５，１６は円柱状のフェルー
ル１５ａ，１６ａと、ロッドレンズ１５ｂ，１６ｂと、
光ファイバー１５ｃ，１６ｃとにより構成されている。
光ファイバー１５ｃ，１６ｃはフェルール１５ａ，１６
ａの中央部に設けた挿入孔に挿入されていて、その心線
がフェルール１５ａ，１６ａの先端面にて露呈してい
る。ロッドレンズ１５ｂ，１６ｂはフェルール１５ａ，
１６ａより若干小径の円柱状もので、その後端面にてフ
ェルール１５ａ，１６ａの先端面に接着されている。フ
ェルール１５ａ，１６ａとロッドレンズ１５ｂ，１６ｂ
とは、光ファイバー１５ｃ，１６ｃの心線とロッドレン
ズ１５ｂ，１６ｂの光軸を一致させる光軸調整がなされ
て接着されている。

【００１０】しかして、各コリメータ１５，１６におい
ては図１〜図３に示すように、基板１１と同一のセラミ
ック質の一対の支持部材１７ａ，１７ｂを介して基板１
１のＶ字形溝部に接着されている。各支持部材１７ａ，
１７ｂは平板状のもので、その厚みはフェルール１５
ａ，１６ａとロッドレンズ１５ｂ，１６ｂとの半径差に
略相当する寸法に形成されている。各支持部材１７ａ，
１７ｂはロツドレンズ１５ｂ，１６ｂの長さ方向の略中
央部にて、その外周の側部下方とＶ字形溝部の各側面１
１ａ，１１ｂ間に配置されており、基板１１の各側面１
１ａ，１１ｂと支持部材１７ａ，１７ｂの裏面、同支持
部材１７ａ，１７ｂの表面とロツドレンズ１５ｂ，１６
ｂの下側外周面とは熱硬化型併用の紫外線硬化型のエポ
キシ系接着剤を介して互に接着されている。ロツドレン
ズ１５ｂ，１６ｂにおける各支持部材１７ａ，１７ｂの
配設部位以外には接着剤は介在されてはおらず、フェル
ール１５ａ，１６ａは略全長においてＶ字形溝部の各側
面１１ａ，１１ｂに接着剤により接着されているのに対
して、ロッドレンズ１５ｂ，１６ｂは各側面１１ａ，１
１ｂに接着された各支持部材１７ａ，１７ｂに受承され
た状態で接着剤により同支持部材１７ａ，１７ｂに接着
されている。

【００１１】当該光磁界センサにおいては、光源から出
射した光が第１コリメータ１５の光ファイバー１５ｃを
経てロツドレンズ１５ｂに入射され、ロツドレンズ１５
ｂにて平行光とされて偏光子としてのビームスプリツタ
１３に入射され、直線偏光とされてファラデー素子１２
に入射される。入射された直線偏光はファラデー素子１
２において、印加された磁界に応じて偏光面が回転さ
れ、検光子としての第２偏光ビームスプリッタ１４に入
射される。この入射光は偏光ビームスプリッタ１４にて
印加磁界に応じた強度の変調光として第２コリメータ１
６のロツドレンズ１６ｂに入射され、集光して光ファイ
バー１６ｃに入射されて出射される。

【００１２】ところで、当該光磁界センサを構成する各
コリメータ１５，１６においては、ロツドレンズ１５
ｂ，１６ｂの基板１１の各Ｖ字形溝部に対して一対の支
持部材１７ａ，１７ｂを介在させて接着されている。こ
のため、当該取付構造においては、図７に示す従来の取
付構造に比較して、ロッドレンズ１５ｂ，１６ｂの外周
に介在する接着剤層の厚みが、同図の符号４で示す接着
剤層に比較して極めて薄く、フェルール１５ａ，１６ａ
の外周に介在する接着剤層の厚みに略一致する。

【００１３】このため、フェルール１５ａ，１６ａとロ
ツドレンズ１５ｂ，１６ｂ間に介在する接着剤層の温度
変化時の径方向の熱膨張および熱収縮が略同一になり、
コリメータ１５，１６においては温度変化によりフェル
ール１５ａ，１６ａとロツドレンズ１５ｂ，１６ｂの接
合部における径方向の応力の発生が抑制される。このた
め、これら光ハァイバー１５ｃ，１６ｃの心線とロツド
レンズ１５ｂ，１６ｂの光軸との間にずれが発生して透
過光の光量を低下させるようなことはなく、光量低下に
起因する光磁界センサの感度および精度の低下を生じさ
せるおそれがなく、かつフェルール１５ａ，１６ａとロ
ツドレンズ１５ｂ，１６ｂの接合部が破損するおそれも
ない。

【００１４】表１には、本実施例の光磁界センサおよび
従来の光磁界センサを用いて波長λ＝850nmの光にてフ
ァラデー素子１２(Bi₁₂SiO₂₀)の印加磁界を100 Oeとし
た場合の、第２コリメータ１６から出射される変調光に
基づく電気信号の強度に対する温度の影響を確認する実
験を行った。この場合、第２コリメータ１６から出射さ
れた変調光は図示しない0／E変換器で電気信号に変換し
（強度Ｉ1）、その後規格処理して磁界強度に比例した
電気信号（強度Ｉ2）を得る。また、周囲温度を25℃→8
0℃→−20℃→25℃を１サイクルとして変化させ、各温
度での各強度Ｉ1，Ｉ2の25℃における値に対する変化率
を算出する。温度の保持時間は1時間とし、かつ温度の
昇降速度を10℃／minとした。

【００１５】

【表１】

【００１６】図４には本実施例の変形例に係る取付構造
の複数の例が示されている。同図（ａ）に示す第１変形
例の取付構造においては、支持部材１８が互いに直交す
る２枚の平板状の支持部１８ａ，１８ｂにて構成されて
いるもので、同支持部材１８はロッドレンズ１５ｂ，１
６ｂの上側外周面に覆蓋されているとともに、各端面が
Ｖ字形溝部の各側面１１ａ，１１ｂに当接している。当
該取付構造においては、支持部材１８の内面とロッドレ
ンズ１５ｂ，１６ｂの外周面、各支持部１８ａ，１８ｂ
の端面とＶ字形溝部の各側面１１ａ，１１ｂとが互いに
接着されてる。

【００１７】図４（ｂ）に示す第２変形例の取付構造に
おいては、支持部材１９はその断面中央部が円弧状に屈
曲形成されているもので、ロッドレンズ１５ｂ，１６ｂ
の上方外周面に覆蓋されており、その中央内周面がロッ
ドレンズ１５ｂ，１６ｂの外周面に当接しているととも
に、各端面がＶ字形溝部の各側面１１ａ，１１ｂに当接
している。当該取付構造においては、支持部材１９の内
面とロッドレンズ１５ｂ，１６ｂの外周面、支持部１９
の各端面とＶ字形溝部の各側面１１ａ，１１ｂとが互い
に接着されている。

【００１８】図４（ｃ）に示す第３変形例に係る取付構
造においては、支持部材２０が同図（ｂ）に示す取付構
造の支持部材１９とは形状を同じくするもので、介在位
置が相違する。すなわち、支持部材２０はロツドレンズ
１５ｂ，１６ｂの下側外周面と各側面１１ａ，１１ｂと
の間に位置しており、支持部材２０の内周面とロッドレ
ンズ１５ｂ，１６ｂの外周面、支持部材２０の外周面と
各側面１１ａ，１１ｂが互いに接着されている。

【００１９】図４（ｄ）に示す第４変形例に係る取付構
造においては、支持部材２１が円筒状に形成されてお
り、各ロッドレンズ１５ｂ，１６ｂの外周に嵌合してい
る。当該取付構造においては、支持部材２１の内周とロ
ッドレンズ１５ｂ，１６ｂの外周、支持部材２１の外周
と各側面１１ａ，１１ｂが互いに接着されている。

【００２０】図５および図６には本発明の第２実施例に
係る取付構造を採用した光磁界センサが示されている。
当該光磁界センサは第１実施例に係る光磁界センサと
は、コリメータの取付構造の点を除いて同一構成のもの
で、基板１１には一対のＶ字形溝部１１ｃの外にこれら
両溝部１１ｃに直交する所定幅の凹状溝部１１ｄが形成
されている。支持部材２１は方形状のもので、凹状溝部
１１ｄに嵌合する形状に形成されており、支持部材２１
にはその下面側に開口する溝部２１ａが形成されてい
る。この溝部２１ａは、支持部材２１が凹状溝部１１ｄ
に嵌合された状態でＶ字形溝部１１ｃに対向する。

【００２１】支持部材２１は凹状溝部１１ｄに嵌合する
に際しては、コリメータ１５，１６のロッドレンズ１５
ｂ，１６ｂを溝部２１ａに嵌合して接着し、この状態で
凹状溝部１１ｄに嵌合して接着されている。ロッドレン
ズー１５ｂ，１６ｂはその外周にて溝部２１ａの周壁面
に接着されている。これにより、フェルール１５ａ，１
６ａとロツドレンズ１５ｂ，１６ｂ間に介在する接着剤
層の温度変化時の径方向の熱膨張および熱収縮が略同一
になり、コリメータ１５，１６においては温度変化によ
りフェルール１５ａ，１６ａとロツドレンズ１５ｂ，１
６ｂの接合部における径方向の応力の発生が抑制され
る。このため、当該磁界センサは第１実施例に係る磁界
センサと同様に、これら光ハァイバー１５ｃ，１６ｃの
心線とロツドレンズ１５ｂ，１６ｂの光軸との間にずれ
が発生して透過光の光量を低下させるようなことはな
く、光量低下に起因するセンサの感度および精度の低下
を生じさせるおそれがなく、かつフェルール１５ａ，１
６ａとロツドレンズ１５ｂ，１６ｂの接合部が破損する
おそれもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る取付構造を採用した
光磁界センサの平面図である。

【図２】同光磁界センサの側面図である。

【図３】同光磁界センサの縦断側面図である。

【図４】同取付構造の第１変形例を示す光磁界センサの
縦断側面図（ａ）、同第２変形例を示すセンサの縦断側
面図（ｂ）、同第３変形例を示すセンサ縦断側面図
（ｃ）、同第４変形例を示すセンサの縦断側面図（ｄ）
である。

【図５】本発明の第２実施例に係る取付構造を採用した
光磁界センサの平面図である。

【図６】同光磁界センサの縦断側面図である。

【図７】従来の取付構造を示すセンサの縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１１…基板、１１ｃ…Ｖ字形溝部、１１ｄ…凹状溝部、
１２…ファラデー素子、１３，１４…ビームスプリツ
タ、１５，１６…コリメータ、１５ａ，１６ａ…フェル
ール、１５ｂ，１６ｂ…ロッドレンズ、１５ｃ，１６ｃ
…光ファイバー、１７ａ，１７ｂ，１８，１９，２０，
２１，２２…支持部材、２２ａ…嵌合溝部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバーが一端側から軸方向に嵌挿さ
   れて同光ファイバーのファイバー心線が他端側に臨むフ
   ェルールと、同フェルールより小径の円柱状を呈し一端
   側を同フェルールの他端側に接着され前記光ファイバー
   から入射される光を平行光として出射しまたは入射され
   る平行光を集光して前記光ファイバーに出射するレンズ
   を備えたコリメータを、センサ基板に設けた断面Ｖ字形
   のＶ字形溝部に配置して固定してなる光学式センサにお
   けるコリメータのセンサ基板への取付構造であり、前記
   レンズの外周が接着剤を介して接着されかつ前記センサ
   基板上に接着剤を介して接着された支持部材により前記
   コリメータが前記センサ基板に固定されていることを特
   徴とする光学式センサにおけるコリメータのセンサ基板
   への取付構造。
2. 【請求項２】請求項１に記載の取付構造において、前記
   支持部材が前記センサ基板のＶ字形溝部と前記レンズ間
   に位置して同溝部の側面と前記レンズの下側外周とに接
   着されていることを特徴とする光学式センサにおけるコ
   リメータのセンサ基板への取付構造。
3. 【請求項３】請求項１に記載の取付構造において、前記
   支持部材が前記センサ基板のＶ字形溝部と前記レンズの
   外周間に位置して同溝部の側面と前記レンズの上側周面
   とに接着されていることを特徴とする光学式センサにお
   けるコリメータのセンサ基板への取付構造。
4. 【請求項４】請求項１に記載の取付構造において、前記
   支持部材が前記センサ基板のＶ字形溝部に対向して延び
   る嵌合溝部を備え、同嵌合溝部に前記レンズが嵌合され
   て接着された状態で前記支持部材が前記センサ基板上に
   接着されていることを特徴とする光学式センサにおける
   コリメータのセンサ基板への取付構造。
5. 【請求項５】請求項４に記載の取付構造において、前記
   支持部材が前記センサ基板上に前記Ｖ字形溝部に直交し
   て設けた溝部に嵌合して接着されていることを特徴とす
   る光学式センサを構成するコレメータのセンサ基板への
   取付構造。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４または５に記載の取
   付構造において、前記支持部材が前記センサ基板と同一
   の熱膨張係数を有する材質のものであることを特徴とす
   る光学式センサにおけるコリメータのセンサ基板への取
   付構造。