JPH07248428A - 凹凸嵌合接続による低反射型光部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レンズ接続面の斜め加工や精密研磨加工が不
要で、精密調芯作業無しに容易に自動調芯でき、高精度
の部材も要らず、熟練者による特殊技術を殆ど必要とせ
ずに組み立てができるようにする。 【構成】 光ファイバ１０の先端面に、コア部１４自体
が円錐状に突出している凸部１６を形成し、それと嵌合
する凹部１８をレンズ１２端面に形成する。それら凸部
と凹部を直接嵌合させて、光学接着剤２０により固定す
る。レンズは例えば屈折率分布型ロッドレンズであり、
端面の一方を精密研磨面、他方を切断面とし、切断面の
光軸位置に円錐状圧子の熱間プレス転写により凹部を形
成する。光ファイバはガラスファイバであり、凸部はエ
ッチングにより形成する。光ファイバとレンズとの結合
体を、光ファイバケーブルの外被の一部を含めて筒状の
ジャケット内に収納し、外被端部近傍のみでジャケット
に接着一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバとレンズと
を凹凸嵌合により接続した低反射型光部品に関し、更に
詳しく述べると、光ファイバ先端面に円錐状の凸部を形
成し、レンズ接続面には円錐状の凹部を形成して、両者
を直接嵌合させて接着固定した光部品に関するものであ
る。この技術は、例えば光ファイバを伝搬する光を平行
ビームに変換したり、逆に平行ビームを光ファイバに効
率よく結合させるピグテイル型ファイバコリメータなど
に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバと屈折率分布型ロッドレンズ
とを、それらの光軸を精度よく合わせて一体化した光部
品は従来公知である。その代表的な例であるファイバコ
リメータは、光ファイバを伝播した光を平行ビームに変
換し、逆に空間伝搬した平行ビームを光ファイバに結合
する機能を有する。そのためファイバコリメータが形成
する平行ビーム空間に各種の光学部品を配置することに
よって、光分岐器、光分波器、光スイッチ等が構成でき
る。

【０００３】従来のピグテイル型ファイバコリメータ
は、例えば次のような構造になっていた。ロッドレンズ
は円筒状のレンズホルダ内に挿入し、接着剤などにより
固定する。他方、光ファイバケーブルは円筒状のスリー
ブで保持する。光ファイバケーブルの先端部分で露出し
ている光ファイバは、金属又はガラスなどからなるパイ
プに挿入し、更にフェルール内に挿入して保持する。そ
して、このフェルールを前記レンズホルダに差し込んで
光軸調整を行い、間に樹脂接着剤を充填することで全体
を固着一体化する。なおスリーブはレンズホルダに嵌め
込む。ここで光ファイバ先端面は、ロッドレンズ端面に
対して一定間隔をおいて対向しており（接触していな
い）、それらの隙間にマッチングオイル等を介在させ
て、光軸調整や拡がり角の調整を行っている。

【０００４】このようなファイバコリメータにおいて、
ロッドレンズ端面が光軸に対して垂直の場合には、その
端面での後方反射量（反射戻り光量）が多くなる。そこ
で、戻り光に敏感な光源などを接続する場合には、ロッ
ドレンズ端面を斜めに加工し反射光が光ファイバに戻ら
ないようにして後方反射量を低減することも行われてい
る。

【０００５】ところで、光ファイバとレンズとを結合す
る光コネクタに関しては、レンズの焦点位置に自動的に
突起又は窪みを形成させ、光ファイバ先端のコア部に窪
み又は突起を形成して光ファイバ端面と無調整で光結合
させる技術が提案されている（特開平５−３３３２３２
号公報）。ここで突起は、平板マイクロレンズアレイの
一方の面に感光性樹脂（例えば感光性ポリイミド樹脂）
を塗布し、反対側のレンズ面からコリメート光を入射す
ることにより焦点位置で自動的に露光させ、硬化後、現
像処理することによって形成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来構造のファイバコ
リメータにおいて、ロッドレンズ端面が光軸に対して垂
直面の場合は後方反射量が大きく−２０ｄＢ程度もあ
る。ロッドレンズ端面を傾斜面とすると、後方反射量は
低減するが（−４０ｄＢ程度）、ロッドレンズ端面の斜
め加工が必要となり、高品質を安定して得ることが難し
い。ユーザー側からは後方反射に関して、それ以上の低
減衰化（具体的には、−５０ｄＢ以下）を望む要求があ
るものの、それには対応し難い。また、いずれにして
も、ロッドレンズの両端面を精密研磨しなければなら
ず、加工工程が多くなり高価になる欠点がある。更に、
レンズと光ファイバとの光軸位置を合わせる精密調芯を
はじめとする組み立て作業に熟練を要し、組立工数が多
くかかる。フェルールなど高精度の部品を必要とするた
め、材料コストも高くなる。

【０００７】また、この種のファイバコリメータでは、
温度サイクルの前後の損失変動を保証しているが、実際
には昇温途中あるいは降温途中の損失変動が問題になる
場合が多い。光ファイバ先端面とロッドレンズ端面との
間には、ある程度の間隔が存在するので、充填した樹脂
接着剤で周囲を固着しても、使用部材や接着剤などの熱
膨張率差によって前記間隔が変化するし、光ファイバケ
ーブルに加わる外部応力などによっても間隔が変化し、
それらが損失変動につながる。また隙間にマッチングオ
イルを入れている場合は、周囲温度の変動による膨張・
収縮によって特性のゆらぎが生じ、それが大きな問題と
なる。

【０００８】レンズの焦点位置に自動的に突起又は窪み
を形成させ、コアに窪み又は突起を形成した光ファイバ
端面と無調整で光結合させる光コネクタでは、精密な調
芯作業は不要となるものの、レンズ材料がガラスである
のに対して、突起材料は樹脂などであり、屈折率の違い
は避けられない。その屈折率差によって、界面での反射
が生じるため、後方反射量の低減には限界があり、高性
能化は困難である。

【０００９】本発明の目的は、レンズと光ファイバとの
接続に際して、レンズ接続面側の斜め加工や精密研磨加
工が不要であり、精密調芯作業無しに容易に自動調芯で
き、フェルールのような高精度の部材も要らず、熟練者
による特殊技術を殆ど必要とせずに組み立てができ、中
量・大量生産に適した構造の低反射型光部品を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、凹凸嵌合によ
り光ファイバの先端面にレンズを直接結合した構成の光
部品である。即ち本発明は、光ファイバの先端面に、該
光ファイバのコア部自体が円錐状に突出している凸部を
形成し、該凸部と嵌合する凹部をレンズ接続面に形成
し、それら凸部と凹部を直接嵌合させて、その嵌合部近
傍で光学接着剤により固定した凹凸嵌合接続による低反
射型光部品である。ここで使用するレンズとしては、例
えば屈折率分布型ロッドレンズが好ましく、その一方の
端面を精密研磨面、他方の端面を切断面とし、該切断面
の光軸位置に円錐状圧子の熱間プレス転写による凹部を
形成する。光ファイバはガラスファイバであり、先端面
の凸部はエッチングにより形成する。

【００１１】光ファイバケーブル先端でその外被から露
出している光ファイバとレンズとの結合体を、外被の一
部を含めて筒状のジャケット内に収納し、外被端部近傍
のみでジャケットに接着一体化する。筒状のジャケット
は、例えばレンズを保持する保護カバー部と、中心を光
ファイバケーブルが挿通するケーブル押さえ部とからな
る。光ファイバとレンズとの結合体を保護カバー部内に
配置した状態で、露出している光ファイバの大部分及び
レンズが保護カバー部に対してフリーとなるように、光
ファイバケーブルの外被先端近傍部分と保護カバー部と
の間のみに接着剤を注入して固定する。これによってピ
グテイル型の光部品が構成される。なおジャケットは、
２個の筒状体を前後に結合する構造でもよいし、半筒状
の二つ割り成形品を組み合わせる構造でもよい。

【００１２】

【作用】光ファイバ先端面の凸部とレンズ接続面の凹部
とは、互いに嵌合し物理的に接触しており、それによっ
て自動的に調芯がなされる。しかも凸部及び凹部ともに
円錐状で斜めになっており、且つ凸部は光ファイバのコ
ア部自体からなるので屈折率に差は無く、それらのため
に後方反射量は大幅に（具体的には−５０ｄＢ以下）減
少する。光ファイバとレンズとは物理的に接触した状態
で接着固定されており、それによって温度特性並びに耐
衝撃性の向上を図っている。

【００１３】レンズは保護カバー部に対してクリアラン
スをもっているので、温度変化に応じて保護カバー部の
中の空気の呼吸が許容され、且つ光ファイバの僅かな撓
み変形なども許されるため、光ファイバとレンズとが直
接結合しているにもかかわらず、過大な熱応力が光ファ
イバに加わるのを防ぎ、光ファイバの破断などの発生を
防止する。また、これによって昇温途中及び降温途中で
の損失変動も最小限度に抑えられる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係る光部品の一実施例を示す
説明図であり、Ａは全体構成を示し、Ｂは凹凸嵌合接続
部の拡大断面を示している。この光部品は光ファイバ１
０の先端にレンズ１２を直接結合した構造である。即
ち、光ファイバ１０の先端面に、そのコア部１４自体が
円錐状に突出している凸部１６を形成し、該凸部１６と
嵌合する円錐状の凹部１８をレンズ１２の一方の端面
（接続面）に形成する。そして、これら凸部１６と凹部
１８とを直接嵌合させ、その嵌合部近傍で光学接着剤２
０によって接着固定した構成である。

【００１５】ここで光ファイバ１０は、コア部が酸化ゲ
ルマニウムをドープした材料からなる単一モードガラス
ファイバであり、光ファイバ１０の先端をフッ酸（Ｈ
Ｆ）とフッ化アンモニウム（ＮＨ₄ Ｆ）の混液でエッチ
ング処理することで、底面径約１０μｍ、高さ約４μｍ
の円錐状の凸部１６を形成してある。従って凸部１６は
コア部１４と同一材料からなる。次にレンズ１２は屈折
率分布型ロッドレンズであり、両端面とも光軸に垂直な
面を有する円柱形状のガラスからなり、イオン拡散によ
り中心軸から半径方向に屈折率分布をもたせたものであ
る。レンズ１２の一方の端面は精密に研磨するが、他方
の端面は切断したままの面でよく、その切断面の光軸位
置に、２１０〜４００℃程度に加熱した円錐状（例えば
頂角１２０度程度）のダイヤモンド圧子を５秒程度押し
付ける。この熱間プレス法により、前記凸部１６に対応
する形状の円錐状の凹部１８を形成できる。形成される
凹部１８は、ダイヤモンド圧子の型精度で転写されるた
め、レンズ端面が切断面でも（精密研磨面でなくても）
十分な面精度が得られるのである。

【００１６】図２に示すように、光ファイバ１０の先端
面をレンズ１２の接続面に向け、当接させると、凸部１
６と凹部１８の嵌合によって精密自動的に位置合わせが
なされる。その際に生じる極く僅かな隙間の調整や出射
ビームの拡がり角などの調整のために、必要があれば、
両者の間にマッチングオイル（図示せず）を介在させて
もよい。光学接着剤２０としては、作業性の観点から、
例えば紫外線硬化性の接着剤が好ましい。このようにし
て、光ファイバとレンズとが一体に結合した光部品が得
られる。

【００１７】このような光部品は、円錐状の凸部１６と
円錐状の凹部１８との直接嵌合による接続であるため、
光ファイバを伝播してレンズに向かうビームが接続部で
反射しても、光軸方向には戻り難く、そのため反射戻り
光は大幅に低減される。実験結果によれば、上記のよう
に製作した凹凸嵌合による接続構造によって、後方反射
量が−５０ｄＢ以下の光部品が容易に得られた。

【００１８】現実には、光ファイバの凸部とレンズの凹
部の形状は、製作精度の関係上、必ずしも完全に一致す
るとは限らない。図３のＡは、凹部１８が深く凸部１６
が低い場合である。図３のＢは、逆に凹部１８が浅く凸
部１６が高い場合である。図面は、かなり極端に描いて
あるが、実際には、隙間（特にコア部１４の先端部分で
の隙間）は極く僅かである。このような状態でも、凸部
１６が凹部１８に嵌合することで自動調芯がなされ、光
ファイバ１０とレンズ１２とは必ず物理的に接触した状
態となる。必要があれば、隙間にマッチングオイル２２
を挾めばよい。隙間は上記のように極く僅かであるの
で、マッチングオイル２２を挾んだとしても、それによ
る温度特性への影響は殆どない。

【００１９】このような光部品（光ファイバとレンズと
の結合体）は、通常、筒状のジャケット内に組み込まれ
て保持される。その一例として、ピグテイル型ファイバ
コリメータの例を図４に示す。光ファイバケーブルは、
光ファイバ１０を外被３０で被覆した構造であり、先端
部の外被を切除することで、先端部のみで光ファイバ１
０が露出している。ジャケットは、レンズ１２を保持す
る円筒状の保護カバー部３２と、中心を光ファイバケー
ブル３０が丁度挿通可能な内径をもつ円筒状のケーブル
押さえ部３４とからなり、該ケーブル押さえ部３４の先
端小径段部が保護カバー部３２の基端側に嵌合する構成
である。このようなジャケットは、プラスチックスある
いは金属（例えば黄銅）で製作する。

【００２０】このファイバコリメータの製作順序は次の
如くである。まず光ファイバケーブル３０をケーブル押
さえ部３４に挿通しておき、光ファイバ１０の先端とレ
ンズ１２の接続面とを、前記実施例のように凹凸嵌合さ
せて光学接着剤２０で接続する。そしてレンズ１２を保
護カバー部３２の基端側から先端側の段部３２ａまで挿
入し、ケーブル押さえ部３４を嵌合させる。このように
して光ファイバ１０とレンズ１２との結合体をジャケッ
ト内に配置した状態で、露出している光ファイバ１０の
大部分及びレンズ１２が保護カバー部３２に対してフリ
ーとなるように（レンズ１２は保護カバー部３２に対し
て接着されずに一定のクリアランスをもつ）、光ファイ
バケーブルの外被先端部分近傍と保護カバー部３２との
間のみに接着剤注入口３６から接着剤３８を注入して固
定する。なお符号４０は接着剤注入の際の空気抜き孔で
ある。

【００２１】図４の実施例は、ともに筒状の保護カバー
部３２とケーブル押さえ部３４とを嵌合させるジャケッ
ト構造であるが、保護カバー部とケーブル押さえ部とが
連続した半筒状の一体成形品とし、そのような二つ割り
形状の成形品を２個組み合わせる構造でもよい。その場
合には、一方の半筒状の成形品の中に、光ファイバとレ
ンズとの結合体を収め、他方の半筒状の成形品で覆っ
て、光ファイバケーブルの外被先端部分近傍とジャケッ
トとの間のみに接着剤を注入して固定する。

【００２２】一般に、このようなピグテイル型ファイバ
コリメータでは、光ファイバケーブルは長く且つ重いた
め、引張り力などの外部応力が作用し易い。接着剤３８
による固定は、この外部応力が光ファイバ１０とレンズ
１２との接続部に及ぶのを防ぐ。光ファイバ１０とレン
ズ１２とは直接嵌合状態で接着されているので、レンズ
１２を保護カバー部３２に対して接着せずにフリーに
し、また光ファイバ１０の周辺にも空間を設けておくこ
とで、ガラス（レンズ）とプラスチックあるいは金属
（ジャケット）との熱膨張差を吸収でき、光ファイバ１
０がいくぶん撓むように変形することでも熱膨張差を吸
収できる。更には光ファイバ周囲に形成される空間内の
空気の呼吸をレンズ１２と保護カバー部３２とのクリア
ランスで許容することで、その空気の熱膨張・熱収縮に
よる応力を緩和できる。これらによって、温度特性が向
上し、光ファイバが破断する虞れもなくなる。

【００２３】この低反射型光部品は、ファイバコリメー
タとして有用である。一方のレンズ端面の光軸中心位置
からの入射光が他方のレンズ端面で平行光となるような
レンズ系を選定使用すると、光ファイバを伝播した光
は、レンズによって平行性の良好な光ビームに変換され
る。逆にレンズに平行ビームが入射すると、それを効率
よく光ファイバに結合させることができる。従って、こ
のようなファイバコリメータが形成する平行ビーム空間
に光学部品を配置すれば、光分岐器、光分波器、光スイ
ッチなどを構成できる。レンズ選定によっては、コリメ
ート光を出射するのではなく、レンズ端面から出射する
ビームに所望の拡がり角度を持たせるような光部品も構
成できる。また上記の実施例では、レンズとして屈折率
分布型ロッドレンズを用いているが、球レンズであって
もよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記のように、光ファイバの先
端面に円錐状に突出している凸部を形成し、レンズ接続
面の凹部と直接嵌合させて接着固定する構造なので、後
方反射量低減のためにレンズに斜め加工を施す必要がな
く、またレンズ接続面が切断面でよく（精密研磨面であ
る必要がない）、加工工程が短縮され、安価なレンズが
使用できる。本発明では、凸部と凹部の嵌合によって自
動的に調芯されるため、熟練を要する精密調芯作業が要
らず、製造装置も簡素化でき、またフェルールのような
高精度の高価な部材も不要となり、中量・多量生産も可
能となるので、製造コストも大幅に低減する。

【００２５】本発明では、光ファイバのコア部自体が円
錐状に突出している凸部とレンズ接続面の円錐状の凹部
とが直接嵌合している構造なので、光ファイバを通って
伝搬したビームが接続部で反射しても光ファイバには戻
り難く、そのため後方反射量を大幅に低減できる（−５
０ｄＢ以下）。また凹凸嵌合部は物理的に接触している
ので、温度特性が向上するし、耐衝撃性並びに耐振動性
も向上する。これらによって、良好な特性を呈し、且つ
周囲の環境の変化に対して安定した高品質の低反射型光
部品が得られる。

【００２６】本発明は、光ファイバとレンズとの結合体
を、外被の一部を含めて筒状のジャケット内に収納し、
外被端部近傍のみでジャケットに接着一体化したので、
極めて簡単な構造となり、部材点数の低減、各部材の簡
素化によるコストダウン、組み立ての容易さなどの効果
により、大幅な低廉化が可能である。そして、光ファイ
バケーブルは光ファイバを外被で被覆した構造であり、
長く重いが、光ファイバとレンズとの結合体をジャケッ
トで保持した時に、主として外被とジャケットとが接着
剤で固定され、レンズとジャケットは接着されずに相互
にフリーな状態で、光ファイバの周囲も大部分空間であ
るので、各部材の熱膨張差を吸収して、ジャケット内で
光ファイバに過大な応力がかかるのを防ぐことができ、
光ファイバの破損が生じる虞れはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光部品の一実施例を示す説明図。

【図２】その組み立て説明図。

【図３】凹凸嵌合接続部の例を示す説明図。

【図４】ジャケットに組み込んだ本発明に係る光部品の
一例を示す説明図。

【符号の説明】

１０ 光ファイバ １２ レンズ １４ コア部 １６ 凸部 １８ 凹部 ２０ 光学接着剤 ３０ 光ファイバケーブル ３２ 保護カバー部 ３４ ケーブル押さえ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバとレンズを結合した光部品に
   おいて、光ファイバの先端面に、該光ファイバのコア部
   自体が円錐状に突出している凸部を形成すると共に、該
   凸部と嵌合する円錐状の凹部をレンズの接続面に形成
   し、それら凸部と凹部とを直接嵌合させて、その嵌合部
   近傍で光学接着剤により固定したことを特徴とする凹凸
   嵌合接続による低反射型光部品。
2. 【請求項２】 レンズが屈折率分布型ロッドレンズであ
   り、その一方の端面を精密研磨面、他方の端面を切断面
   とし、該切断面の光軸位置に円錐状圧子の転写による凹
   部が形成されている請求項１記載の光部品。
3. 【請求項３】 光ファイバケーブル先端で外被から露出
   している光ファイバとレンズとの結合体を、外被の一部
   を含めて筒状のジャケット内に収納し、外被端部近傍の
   みでジャケットに接着一体化した請求項１記載の光部
   品。
4. 【請求項４】 筒状のジャケットは、レンズを保持する
   保護カバー部と、中心を光ファイバケーブルが挿通する
   ケーブル押さえ部とを備え、光ファイバとレンズとの結
   合体を保護カバー部内に収納した状態で、露出している
   光ファイバの大部分とレンズが保護カバー部に対してフ
   リーとなるように、光ファイバケーブルの外被先端近傍
   部分と保護カバー部との間のみに接着剤を注入して固定
   した請求項３記載の光部品。