JPH1062656A - 発光素子と光ファイバーとの光学的結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の光学式センサへ波長のバラツキのない光
を伝送して、波長のバラツキに起因する測定精度の低下
を防止する。 【解決手段】１個の発光素子と複数の光ファイバーを結
合する光学的結合装置であり、ベース（１１，１２）の
一端部側の略中央部に発光素子１３を嵌合させる第１嵌
合溝１１ａを備え、同ベースの他端部側に各光ファイバ
ー１４ａ〜１４ｃを嵌合させる複数の第２嵌合溝１１ｂ
〜１１ｄ、および第３嵌合溝１２ａ〜１２ｃを備え、第
１嵌合溝１１ａに嵌合した発光素子１３と各第２，各第
３嵌合溝１１ｂ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｃに嵌合した各
光ファイバー１４ａ〜１４ｃとが対向して光学的に結合
される位置関係にあり、１個の発光素子１３からの光を
各光学式センサに伝送し、各光学式センサ間での光の波
長のバラツキを解消する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と光ファ
イバーとの光学的結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子からの光を所定の場所へ伝送す
る手段としては、一般に光ファイバーが使用される。こ
の場合には、発光素子と光ファイバーを光学的に結合さ
せる必要がある。

【０００３】従来、発光素子と光ファイバーを光学的に
結合するには、光ファイバー側をＦＣ、ＳＣ、フェルー
ル等の光ファイバーコネクタに構成するとともに、発光
素子側を光ファイバーコネクタに対応した光レセプタク
ルに構成して、光ファイバーコネクタを光レセプタクル
に挿入して、発光素子と光ファイバーを光学的に結合す
る手段が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
いては、発光素子と光ファイバーを光学的に結合する手
段として、光ファイバー毎に光ファイバーコネクタ化
し、かつ発光素子毎に光ファイバーコネクタに対応した
光レセプタクルに構成するものであるから、光ファイバ
ーコネクタおよび光レセプタクルを構成するのに非常に
コストがかかるとともに、多数の発光素子および光ファ
イバーを使用する場合には、これらの結合作業に多大の
作業時間を費やすことになる。

【０００５】また、各発光素子からの光を光磁界セン
サ、光電圧センサ等の各光学式センサに伝送する場合に
は、各光学式センサに伝送される光の波長にバラツキが
あると、各光学式センサ間での測定精度にもバラツキが
発生し、各光学式センサでの測定値の比較値の精度が低
くなる。光の波長のバラツキは、各発光素子固有の問題
であるとともに、環境の温度変化によっても発生する。

【０００６】従って、本発明の目的は、発光素子と光フ
ァイバーを光学的に結合する際のこれらの問題を、１個
の発光素子に複数本の光ファイバーを光学的に結合する
光学的結合装置を提供することにより解決するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、１個の発光素
子と複数本の光ファイバーとを光学的に結合する発光素
子と光ファイバーとの光学的結合装置であり、前記発光
素子および前記各光ファイバーを支承するベースを備
え、同ベースの一端部側の略中央部に前記発光素子を嵌
合して支承する第１の嵌合溝が形成され、かつ同ベース
の他端部側に前記各光ファイバーを嵌合して支承する複
数の第２の嵌合溝と、これら各第２の嵌合溝に対向して
位置し前記各光ファイバーを嵌合して支承する複数の第
３の嵌合溝が形成されていて、これら各第２の嵌合溝お
よび各第３の嵌合溝は前記ベースの他端から前記第１の
嵌合溝に向かって延び、前記第１の嵌合溝に嵌合して支
承された前記発光素子と前記各第２の嵌合溝および各第
３の嵌合溝に嵌合して支承された前記各光ファイバーと
が互いに対向して光学的に結合される位置関係にあるこ
とを特徴とするものである。

【０００８】当該光学的結合装置においては、前記ベー
スを、前記発光素子を嵌合して支承する上方に開口する
第１の嵌合溝と前記各光ファイバーを嵌合して支承する
上方へ開口する第２の嵌合溝が形成された第１のベース
部と、同第１のベース部の各第２の嵌合溝に対向して下
方に開口し同第２の嵌合溝とともに前記各光ファイバー
を嵌合して支承する第３の嵌合溝が形成された第２のベ
ース部とにより構成することができる。

【０００９】また、当該光学的結合装置においては、前
記ベースを構成する各ベース部はガラス製であって、前
記各嵌合溝をプレス加工にて形成することができる。

【００１０】また、当該光学的結合装置においては、前
記ベースには第２の嵌合溝および第３の嵌合溝を３本形
成して、１個の発光素子に対して３本の光ファイバーが
光学的に結合される光学的結合装置に構成して、３相交
流の送配電線路の地絡事故を検出する光学式センサへの
光伝送に使用される光学的結合装置とすることができ
る。

【００１１】

【発明の作用・効果】このように構成した光学的結合装
置においては、ベースを介して、１個の発光素子に対し
て複数本の光ファイバーを光学的に結合するものである
から、光ファイバー毎に光ファイバーコネクタ化すると
ともに、発光素子毎に光レセプタクル化する結合手段に
比較してコストを低減することができ、また多数の発光
素子および光ファイバーを使用する場合の、これらの結
合作業に要する作業時間を短縮すことができる。

【００１２】また、当該光学的結合装置においては、１
個の発光素子から光ファイバーの本数に対応した数の複
数の光学式センサに光を伝送することができるため、光
の波長のバラツキに起因する測定精度に対する悪影響を
抑制し、またはこれを解消することができる。

【００１３】なお、当該光学的結合装置において、ベー
スを構成する各ベース部をガラスを素材としてプレス加
工にて形成すれば、各ベース部の嵌合溝を寸法精度よく
形成することができる。このため、発光素子と光ファイ
バーの位置関係の精度がよくて光学的結合精度が向上
し、光の伝送時の光量損失を低減させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明するに、図１および図２には、本発明に係る光学的結
合装置の一例が示されている。当該光学的結合装置１０
は、図７に示すように、三相交流の送配電線路の地絡事
故検出装置における３個の光磁界センサへの光伝送用に
使用される。

【００１５】地絡事故検出装置は、駆動回路２１、送配
電線の各相毎に配設された光磁界センサ２２ａ，２２
ｂ，２２ｃ、各光磁界センサ２２ａ〜２２ｃに対応する
受光素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ、信号処理回路２４、
および温度補償回路２５を備え、光学的結合装置１０は
駆動回路２１と各光磁界センサ２２ａ〜２２ｃ間に配設
されている。

【００１６】当該地絡事故検出装置においては、光学的
結合装置１０を構成する１個の発光素子が導線を介して
駆動回路２１に電気的に接続されているとともに、発光
素子は３本の光ファイバーを介して３個の光磁界センサ
２２ａ〜２２ｃに光学的に接続されている。また、各光
磁界センサ２２ａ〜２２ｃは各光ファイバーを介して各
受光素子２３ａ〜２３ｃに光学的に接続され、各受光素
子２３ａ〜２３ｃは各導線を介して信号処理回路２４に
電気的に接続され、かつ信号処理回路２４は導線を介し
て温度補償回路２５に電気的に接続されている。

【００１７】これにより、当該地絡事故検出装置におい
ては、各線路電流に対応する光信号を各受光素子２３ａ
〜２３ｃを経て信号処理回路２４に出力し、信号処理回
路２４において各信号を演算処理して各線路電流、およ
び零相電流を算出して、温度補償回路２５へ出力する。
温度補償回路２５においては、信号処理回路２４から入
力された各線路電流および零相電流の算出値の温度補償
を行って出力するものである。

【００１８】しかして、当該光学的結合装置１０は、図
１〜図６に示すように、第１ベース部１１と第２ベース
部１２を備え、第１ベース部１１には発光ダイオードで
ある発光素子１３が支承され、かつ第１，第２両ベース
部１１，１２には３本の光ファイバー１４ａ，１４ｂ，
１４ｃが支承されている。

【００１９】第１ベース部１１は方形の板状を呈するも
ので、その上面には先端部側の中央部に第１嵌合溝１１
ａが形成され、かつ後端部側に３本の第２嵌合溝１１ｂ
〜１１ｄが形成されている。第１嵌合溝１１ａは上方お
よび先方に開口する正６角形の半分の形状を呈するもの
で、発光素子１３の略下半分だけ嵌合する大きさに形成
されている。

【００２０】また、各第２嵌合溝１１ｂ〜１１ｄは上方
および後方に開口する浅底で細長い断面円弧状の形状を
呈しているもので、第１嵌合溝１１ａにおける後端側の
上方中央部に向かって、互いに傾斜して延びている。各
第２嵌合溝１１ｂ〜１１ｄは、各光ファイバー１４ａ〜
１４ｃの略下半部が嵌合する大きさに形成されている。
第１ベース部１１は、ガラス素材をプレス成形すること
により形成されている。

【００２１】なお、図１および図２における符号１３
ａ，１３ｂは、発光素子１３に電圧を印加するためのア
ノード線、およびカソード線を示している。

【００２２】第２ベース部１２は、第１ベース部１１よ
り所定量短い方形の板状を呈するもので、その下面には
３本の第３嵌合溝１２ａ〜１２ｃが形成されている。各
第３嵌合溝１２ａ〜１２ｃは第１ベース部１１の第２嵌
合溝１１ｂ〜１１ｄに対向して形成されているもので、
各光ファイバー１４ａ〜１４ｃの略上半部が嵌合する大
きさに形成されている。第２ベース部１２は、ガラス素
材をプレス成形することにより形成されている。

【００２３】当該光学的結合装置１０においては、第１
ベース部１１の第１嵌合溝１１ａに発光素子１３を嵌合
固着して支承するとともに、各第２嵌合溝１１ｂ〜１１
ｄに各光ファイバー１４ａ〜１４ｃを嵌合固着して支承
し、かつ第２ベース部１２を第１ベース部１１の上面に
重合して固着し、その各第３嵌合溝１２ａ〜１２ｃを各
光ファイバー１４ａ〜１４ｃに嵌合して支承し、各光フ
ァイバー１４ａ〜１４ｃを第１ベース部１１とともに挟
持する。これにより、各光ファイバー１４ａ〜１４ｃは
発光素子１３に対して光学的に結合される。

【００２４】このように構成した光学的結合装置１０に
おいては、第１，第２ベース部１１，１２を介して、１
個の発光素子１３に対して３本の光ファイバー１４ａ〜
１４ｃを光学的に結合しているもので、光ファイバー１
４ａ〜１４ｃ毎に光ファイバーコネクタ化するととも
に、発光素子１３毎に光レセプタクルに構成する結合手
段に比較してコストを大幅に低減することができ、また
多数の発光素子および光ファイバーを使用する場合の、
これらの結合作業に要する作業時間を短縮することがで
きる。

【００２５】また、当該光学的結合装置１０において
は、三相交流の送配電線路の地絡事故検出装置に採用し
た場合には、１個の発光素子１３から３個の光磁界セン
サ２２ａ〜２２ｃに光を伝送することができるため、各
光磁界センサ２２ａ〜２２ｃに伝送される光の波長のバ
ラツキを解消することができるとともに、環境の温度変
化に起因する波長の変化を軽減することができて、三相
間での波長のバラツキ、波長の変化に起因する各線路電
流、零相電流の測定精度を向上させることができる。

【００２６】表１には、図７に示す地絡事故検出装置に
おいて、各光磁界センサ２２ａ〜２２ｃを、当該光学的
結合装置１０を使用して１個の発光素子１３に光学的に
結合した場合（ＬＥＤ一体型）と、３個の発光素子にそ
れぞれ個別に光学的に結合した場合（ＬＥＤ個別型）と
での、各線路電流および零相電流の測定値のバラツキの
結果を示している。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示す結果から明かなように、ＬＥＤ
一体型の場合はＬＥＤ個別型の場合に比較して、各線路
電流および零相電流の測定値ともバラツキが少なく、特
に、温度補償回路２５を備えている場合においては、Ｌ
ＥＤ一体型の場合には各線路電流および零相電流の測定
値ともバラツキはほぼ零となる。

【００２９】従って、当該光学的結合装置１０（ＬＥＤ
一体型）を使用した地絡事故検出装置においては、地絡
電流の測定精度が高く、各発光素子からの光の波長のバ
ラツキ、環境の温度変化による波長の変化に起因する地
絡電流の誤認が防止される。

【００３０】また、当該光学的結合装置１０において
は、両ベース部１１，１２共にガラス素材にプレス加工
を施して形成しているため、各ベース部１１，１２の第
１嵌合溝１１ａ、各第２嵌合溝１１ｂ〜１１ｄ、各第３
嵌合溝１２ａ〜１２ｃを寸法精度よく形成することがで
きる。このため、発光素子１３と各光ファイバー１４ａ
〜１４ｃの位置関係の精度がよくて光学的結合精度が向
上し、光の伝送時の光量損失を低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学的結合装置の平面図である。

【図２】同光学的結合装置の側面図である。

【図３】同光学的結合装置を構成する第１ベース部の平
面図である。

【図４】同第１ベース部における図３の矢印４−４線方
向に見た縦断側面図である。

【図５】同光学的結合装置を構成する第２ベース部の平
面図である。

【図６】同第２ベース部における図５の矢印６−６線方
向に見た縦断側面図である。

【図７】同光学的結合装置を使用した三相交流の地絡事
故検出装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０…光学的結合装置、１１…第１ベース部、１１ａ…
第１嵌合溝、１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…第２嵌合溝、１
２…第２ベース部、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…第３嵌合
溝、１３…発光素子、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…光ファ
イバー、２１…駆動回路、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…光
磁界センサ、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…受光素子、２４
…信号処理回路、２５…温度補償回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１個の発光素子と複数本の光ファイバーと
   を光学的に結合する発光素子と光ファイバーとの光学的
   結合装置であり、前記発光素子および前記各光ファイバ
   ーを支承するベースを備え、同ベースの一端部側の略中
   央部に前記発光素子を嵌合して支承する第１の嵌合溝が
   形成され、かつ同ベースの他端部側に前記各光ファイバ
   ーを嵌合して支承する複数の第２の嵌合溝と、これら各
   第２の嵌合溝に対向して位置し前記各光ファイバーを嵌
   合して支承する複数の第３の嵌合溝が形成されていて、
   これら各第２の嵌合溝および各第３の嵌合溝は前記ベー
   スの他端から前記第１の嵌合溝に向かって延び、前記第
   １の嵌合溝に支承された前記発光素子と前記各第２の嵌
   合溝および各第３の嵌合溝に嵌合されて支承された前記
   各光ファイバーとが互いに対向して光学的に結合される
   位置関係にあることを特徴とする発光素子と光ファイバ
   ーとの光学的結合装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光学的結合装置におい
   て、前記ベースは、前記発光素子を嵌合して支承する上
   方に開口する第１の嵌合溝と前記各光ファイバーを嵌合
   して支承する上方へ開口する第２の嵌合溝が形成された
   第１のベース部と、同第１のベース部の各第２の嵌合溝
   に対向して下方に開口し同第２の嵌合溝とともに前記各
   光ファイバーを嵌合して支承する第３の嵌合溝が形成さ
   れた第２のベース部とにより構成されていることを特徴
   とする発光素子と光ファイバーとの光学的結合装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の光学的結合装置におい
   て、前記ベースを構成する各ベース部はガラス製であっ
   て、前記各嵌合溝はプレス加工にて形成されていること
   を特徴とする発光素子と光ファイバーとの光学的結合装
   置。
4. 【請求項４】請求項１、請求項２または請求項３に記載
   の光学的結合装置において、前記ベースには第２の嵌合
   溝および第３の嵌合溝がそれぞれ３本形成されていて、
   １個の発光素子に対して３本の光ファイバーが光学的に
   結合される光学的結合装置であり、３相交流の送配電線
   路の地絡事故を検出する光学式センサへの光伝送に使用
   される発光素子と光ファイバーとの光学的結合装置。