JPH0882720A

JPH0882720A - 光ファイバの位置決め装置

Info

Publication number: JPH0882720A
Application number: JP24455694A
Authority: JP
Inventors: Koichi Inoue; 耕一井上; Yosuke Suzuki; 要介鈴木
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1996-03-26
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JP3401091B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光ファイバの位置決めに圧電アクチュエータ
を用いる場合、圧電アクチュエータが外気温度の変化に
よって伸縮すると、調心を始める前の状態に狂いが生ず
る。これが調心を難しくし、調心時間を長くする。これ
を解決する。【構成】圧電アクチュエータ２８の固定してある台座
２６を変位可能にし、温度変化に基づくアクチュエータ
２８の伸縮量を、台座の変位により補償する。温度変化
により伸縮する伸縮部材３６を台座に連結し、それで台
座を変位させると具合いが良い。特に伸縮部材３６とし
て、圧電アクチュエータ２８と同等の熱膨張係数を持つ
圧電セラミックス材料を用いると、伸縮部材３６の長さ
や取付位置を適当にすることにより、伸縮部材３６を外
部から調節することなく、アクチュエータ２８の熱伸縮
量を補償できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバの融着接
続装置の調心等における光ファイバ位置決め装置に関
し、特に圧電アクチュエータを用いる位置決め装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】多心光ファイバの位置を、個別に調心で
きるようにした装置の一例を、図４（ａ）に示す。１２
は位置決め溝で、横並びの位置決め溝内に多心の光ファ
イバが配設される。その断面は略Ｖ形である。その傾斜
する側面の片方１２０は不動の固定片であり、すべての
固定片は位置決めブロック１４を加工して櫛歯状に一体
形成したものである。側面の他方１２２は可動であり、
可動片１６の上端に形成してある。可動片１６の上下に
伴って、光ファイバ１０の位置が変わる。図示するよう
に、可動片は固定片の櫛歯内に挿入されるようにして交
互に設けられる。後記のように、可動片１６は個別に上
下に変位できる。よつて光ファイバ１０を、個別に位置
決めできる。

【０００３】多心光ファイバの位置を、個別に調心する
装置の別例を、図４（ｂ）（ｃ）に示す。（ｂ）は、位
置決め溝１２の両方の側面１２０，１２２とも可動とし
たものであり、２方向（斜面と垂直方向）に光ファイバ
を変位させることができる。図４（ａ）のタイプは図示
しない相手側の位置決めブロックと協働して２方向調心
を行う。この場合、相手側ブロックとは固定片と可動片
の配列をずらして、固定片と可動片とが対向するように
全体のセッティングを行う。なお、側面１２０は可動片
１８の上端に形成される。（ｃ）は、45°の傾斜面２０
とこれに接する可動片１６、並びに各可動片１６の上端
に位置決め溝１２を形成する。可動片１６を上下にスラ
イドさせると、光ファイバ１０の位置が変わる。

【０００４】上記の可動片１６を動かすのに、スタック
型のピエゾ圧電アクチュエータを用いることが提案され
ている。その一例を図５に示す。可動片１６を薄板状ア
ーム２２の先端に取り付ける（あるいはＬ型の薄板アー
ムの先端をテーパ加工して可動片１６を設ける）。アー
ム２２を、たとえばＬ形の台座２６に、ピン２４で揺動
自在に止める。台座２６はベース２７に固定されて不動
であり可動片はピン２４を支点として上下に変位する。
当該支点においてアーム２２はスペーサ等を介在するこ
とによりアーム間の幅を調節する。アーム２２と台座２
６との間に圧電アクチュエータ２８を取り付ける。圧電
アクチュエータ２８に電圧を印加し、圧電効果により伸
縮させ、アーム２２，可動片１６を介して光ファイバ１
０の位置を調節する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】圧電アクチュエータ２
８の伸縮は、印加電圧により制御するが、圧電アクチュ
エータ２８は一般に正の温度係数をもち外気温度の変化
によっても伸縮する。調心を始める前は、図６（ａ）の
ように、常温のスタンバイ状態にして位置決め溝１２の
両側面１２０，１２２が同じレベルにあることが望まし
い（すなわちＶ形状）。しかし、たとえば圧電アクチュ
エータ２８が外気温度変動により伸びると、アクチュエ
ータ２８とアーム２２との接点（アーム２２に対する力
点）が持ち上げられ、同図（ｂ）のようになる。また、
縮むと（ｃ）のようになる。この（ｂ）や（ｃ）の状態
からのスタートは、制御が複雑となり、また制御量が大
きくなるので調心を難しくし、調心時間を長くする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図３に例示するように、
圧電アクチュエータ２８の固定してある台座２６を変位
して、圧電アクチュエータの温度変化を吸収できるよう
にする。

【０００７】台座２６を変位させるための手段３２とし
ては、公知のものの中から任意のものを用いることがで
きる。

【０００８】あるいは図２に例示するように、温度変化
により伸縮する伸縮部材３６を台座２６に少なくとも１
個連結し、伸縮部材３６の伸縮により、台座２６を変位
させてもよい。

【０００９】さらに図１に例示するように、伸縮部材３
６として、圧電アクチュエータ２８と同等の熱膨張係数
を持つ圧電セラミックス材料を用いることもできる。

【作用】たとえば外気温度が基準となる常温よりも上
昇したために圧電アクチュエータ２８が伸びて、位置決
め溝１２が上記の図６（ｂ）の状態になつていたとす
る。そのときは、台座２６を下げることにより、圧電ア
クチュエータ２８の伸びによる望ましくない影響を相殺
することができる。

【００１０】温度変化により伸縮する伸縮部材３６を台
座２６に連結し、伸縮部材３６の伸縮により、台座の高
さを変位２６させ、これによって圧電アクチュエータ２
８の伸縮量を補償するようにすると、たとえば外気温度
により圧電アクチュエータ２８が伸びるとき、伸び量を
打ち消す方向へ伸縮部材３６の伸縮量と伸縮方向を制御
する。調心開始時には、相当程度まで望ましい状態（図
６（ａ））に近づけておくことができ、この状態から調
心を開始すれば調心制御が容易になる。

【００１１】伸縮部材３６として、正の温度係数を持つ
圧電アクチュエータ２８としてピエゾ圧電セラミックス
材料を用いると、後記のように、圧電アクチュエータ２
８及び伸縮部材３６の長さや取付位置を適当にすること
により、伸縮部材３６を調節することなく、温度変化に
基づく圧電アクチュエータの伸縮を補償することができ
る。

【００１２】

【実施例１】図３において、３０は固定部材で、断面が
Ｌ型であり、その底部３００を融着機等のベース２７に
固定してある。これに、台座２６を揺動自在に上記のピ
ン２４で止める。図示はしないが、前述のように薄板状
の可動片は紙面方向へ複数枚あり、各可動片に１個の長
方形状のスタック型圧電アクチュエータが取り付けられ
る。各圧電アクチュエータを支える台座２６は、これら
複数個の圧電アクチュエータを平面上に一括して搭載す
る紙面方向に幅を持った１枚の台座とする場合と、複数
に分割した台座とし、各台座がピン２４を支点として個
別に変位するようにして、各圧電アクチュエータ２８を
個別支持する構成が採いられる。台座２６の先端と固定
部材３０の底部３００との間に、変位手段３２を設け
る。変位手段３２として、たとえば公知の減速モーター
を用いた微動装置（モーターの出力軸にネジ切りし、こ
れにナットを対偶させたもの）を用いることができる。
本図の場合、温度上昇による圧電アクチュエータ２８の
変位を相殺するには、変位手段３２を逆方向へ変位させ
ねばならない。

【００１３】Ｖ溝を調節し基準位置にセッティングする
には、Ｖ溝形状を光学的に捕捉する必要があり、光学顕
微鏡にてＶ溝形状を直接捉える場合と、調心動作時と同
様にＶ溝に基準光ファイバを配設し、当該基準光ファイ
バの先端側を周知の２方向観察で光透過させた虚実像を
捉えて、これら２つの像よりＶ溝形状の歪を補正するよ
うに圧電アクチュエータ２８の位置補正を行う場合があ
る。また極めて簡単な方法として、可動片１６の上端
（位置決め溝の側面１２２が形成されている部分）の位
置を知るために、たとえば融着機に付いている顕微鏡３
４を用いることもできる。位置決め溝１２に光ファイバ
１０を置く前に、変位手段３２を操作して、所定位置に
おいて、可動片１６の上端（位置決め溝の側面１２２が
形成されている部分）の鮮明な像が得られるようにする
（焦点合わせ法）。焦点合わせは、目視または画像処理
により行う。

【００１４】外気温度の影響を受けて圧電アクチュエー
タ２８が伸縮すると、可動片１６の上端の溝側面１２２
が上下し、側面１２０との間に食い違いができ、顕微鏡
３４で観察するとき、側面１２２の像が不鮮明になる。
そこで、変位手段３２により台座２６の端を上下させ
て、側面１２２の像が鮮明になるようにする。このよう
にすると、側面１２２と側面１２０との食い違いは無く
なる（図６（ａ））。その後、位置決め溝１２に光ファ
イバ１０をセットし、調心を行う。

【００１５】

【実施例２】図２のように、固定部材３０は、仰向けＣ
型である。すなわち、底部３００の両側に垂直部３０
２，３０４が立上り、それらの上端から水平部３０６，
３０８が内側に突出する。底部３００はベース２７に固
定される。実施例１の場合と同様に、台座２６を固定部
材３０にピン２４により揺動自在に取り付ける。固定部
材３０の水平部３０８と台座２６の先端との間に、温度
変化により伸縮する伸縮部材３６を取り付け、収縮部材
３６の変化と台座先端の動きとを連結させる。伸縮部材
３６としては、たとえば金属片を用いる。一般に、金属
とセラミックの熱膨張率は異なるから、金属片に何らか
の制御手段を設けることが望ましい。そこで、伸縮部材
３６を熱伸縮させるための加熱・冷却手段３８（たとえ
ばペルチェ素子など）と、その電流制御装置４０を必要
に応じて設ける。前実施例と同様に台座２６を複数の薄
板部材とし、この上側面に圧電アクチュエータ２８を１
個ずつ搭載したもの、あるいは広面積の板状部材として
複数の圧電アクチュエータ２８を上面に一括して搭載す
る構成を採いることができる。伸縮部材は台座の数に応
じて１個あるいは複数とする。製作コストの面からは伸
縮部材は１個が安価であるが、制御精度上からは複数個
が望ましい。

【００１６】外気温度の影響を受けて、たとえば圧電ア
クチュエータ２８が温度上昇で伸びたとする。従来の図
５の場合であると、上記のように、位置決め溝１２の片
方の側面１２２が他方の側面１２０よりも、ある程度持
ち上がる。しかし、本実施例の場合は、伸縮部材３６も
同時に伸びる。伸縮部材３６と圧電アクチュエータ２８
の長さやアーム上の位置の関係により温度変化量とアー
ムムの動く量は異なるが、概略的には伸縮部材３６が伸
びると、台座２６が押し下げられ、圧電アクチュエータ
２８全体が下がって、位置決め溝１２の側面１２２も下
がる。その結果、位置決め溝１２の側面１２２の温度変
化による高さの誤差を解消することができる。制御精度
をたかめるかあるいは制御安定性を得るためには、前述
の如く必要に応じて加熱・冷却手段３８により伸縮部材
３６を加熱し、その伸びをさらに大きくしたり、小さく
したりする。ところで制御の容易性を考慮した場合、上
記の調整は調心前に行うのが好ましく、側面１２０と側
面１２２との食い違いがなくなりＶ形状をなした状態に
て光ファイバ１０をセットし、調心を開始する。

【００１７】

【実施例３】図１に示すように、上記実施例２（図２）
の場合と同様に、伸縮部材３６を用いる。ただし、伸縮
部材３６としては、前実施例と同様の構成か、あるいは
圧電セラミックス材料を用い、実施例２の金属体、ある
いは好ましくは圧電アクチュエータ２８と同等の熱膨張
係数を持つ圧電セラミックス材料を用いる。台座２６の
構成（個数）は上記実施例と同様にする。したがって、
収縮部材３６の個数も１個あるいは複数個である。ま
た、加熱・冷却手段３８と電流制御装置４０は特に図示
しないが必要に応じて用いる。

【００１８】上記のように、圧電アクチュエータ２８及
び伸縮部材３６の長さや取付位置を適当にすると、伸縮
部材３６を外部から調節することなく、温度変化に基づ
く圧電アクチュエータ２８の伸縮を補償することができ
る。以下、このことについて述べる。台座２６は、ピン
２４を支点として揺動する。しかし、計算を簡単にする
ため、Ａを支点と仮定しても、誤差は無視できる程度で
ある。圧電アクチュエータ２８の長さをａ、伸縮部材３
６の長さをｂ、Ａから圧電アクチュエータ２８までの距
離をｃ、Ａから伸縮部材３６までの距離をｄとする。圧
電アクチュエータ２８，伸縮部材３６の熱膨張係数をα
とすると、温度変化がｔのとき、圧電アクチュエータ２
８の歪△ａは、 △ａ＝ａαｔであり、伸縮部材３６の歪△ｂは、 △ｂ＝ｂαｔである。もし、 △ｂ＝ｄ／ｃ・△ａであれば、伸縮部材３６の伸縮によって、圧電アクチュ
エータ２８の望ましくない伸縮が補償される。式に
を代入する。ｂαｔ＝ｄ／ｃ・ａαｔすなわち、ｂ＝ｄ／ｃ・ａを満足するように、伸縮部材３６の長さと位置を選ぶ
と、伸縮部材３６を外部から調節することなく、温度変
化に基づく圧電アクチュエータ２８の伸縮を補償して、
収縮による誤差を打ち消すことができる。なお、圧電ア
クチュエータの電圧伸び特性に温度係数を有する場合も
あるが、この誤差は調心制御によつて解消させることが
できる。

【００１９】以上、すべて多心光ファイバの調心につい
て説明してきたが、この発明は、単心光ファイバの調心
にも適用することができることは言うまでもない。な
お、本発明の実施対象は融着接続機、光ファイバと基盤
型導波路との光軸合わせ等の光部品との接続調心を挙げ
ることができる。

【００２０】

【発明の効果】

（１）圧電アクチュエータの固定してある台座が変位で
きるようにしてあるので、温度変化に基づく圧電アクチ
ュエータの伸縮量を、台座の変位により補償することが
できる。（２）温度変化により伸縮する伸縮部材が台座に連結し
てあり、前記伸縮部材の伸縮により、台座が変位でるよ
うにしてある場合は、外気温度により圧電アクチュエー
タ２８が伸縮したとき、伸縮部材もまた伸縮するから、
調心開始時に、すでに相当程度まで望ましい状態に近づ
けておくことができる。したがって、調心が容易にな
り、調心時間も短くて済む。（３）伸縮部材が、圧電アクチュエータと同等の熱膨張
係数を持つ圧電セラミックス材料からなる場合は、上記
のように、圧電アクチュエータ及び伸縮部材の長さや取
付位置を適当にすることにより、伸縮部材を外部から調
節することなく、温度変化に基づく圧電アクチュエータ
の伸縮を補償することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例３の説明図。

【図２】本発明の実施例２の説明図。

【図３】本発明の実施例１の説明図。

【図４】光ファイバを個別に調心できる位置決め溝１２
の各種態様の説明図。

【図５】圧電アクチュエータを用いた従来技術の一例の
説明図。

【図６】位置決め溝１２の両側面の位置と可動片１６の
位置との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１０光ファイバ１２位置決め溝１２０，１２２位置決め溝の側面１４位置決めブロック１６，１８可動片２０傾斜面２２アーム２４ピン２６台座２７ベース２８圧電アクチュエータ３０固定部材３００固定部材の底部３０２，３０４垂直部３０６，３０８水平部３２変位手段３４顕微鏡３６伸縮部材３８加熱・冷却手段４０電流制限装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバの先端位置を圧電アクチュエ
ータにより変位させる、光ファイバの位置決め装置にお
いて前記圧電アクチュエータの固定してある台座に対
し、温度変化により伸縮する伸縮部材が少なくとも１個
連結してあり、前記伸縮部材の伸縮により、台座が前記
圧電アクチュエータの温度変化を打ち消す方向に変位で
きるようにしてある、光ファイバの位置決め装置。
【請求項２】伸縮部材が、圧電セラミックス材料からな
る、請求項１記載の光ファイバの位置決め装置。