JPS62141509A - 光フアイバ・コネクタ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は全体的にいえば光ファイバ工学に関するもので
ある。より詳細にいえば、本発明は、光ファイバまたは
それと同等のものを、取りはずし可能に連結する、コネ
クタに関するものである。

［従来の技術］ 通信媒体としての光ファイバは、同程度の寸法をもった
他の通信媒体に比べて、はるかに大きな容量の情報を伝
送することができるという利点を有している。光ファイ
バの通信容量が大きい理由は、通信チャンネルはそれが
どの周波数帯域にあっても同じバンド幅を必要とするた
めである。光ファイバは非常に―周波数の高い光領域で
動作するので、本来、より多くのチャンネルが可能であ
る。

したがって、情報を送るざいの容量が非常に大きい。け
れども、この大きな利点は、また大きな欠点をもってい
る。それは、ファイバが輻いために、ファイバとファイ
バを連結することがファイバが細い程より困難な問題点
となり、連結が完全でないと、そこで信号が失われるこ
とになるからである。

この連結の問題点を解決して、信号の損失を最小に抑え
るために、当業者は、従来、２′つの基本的なやり方で
コネクタを設計してきた。ここで、コネクタとは、光フ
ァイバ素子を他の光ファイバ素子に、必要に応じ容易に
何回も、光学的に連結したり、そして連結をはずしたり
することができる装置のことである。　　　　　　　　
、この基本的な方法のうちの１つは、光ファイバを精密
につき合わせ接続する方法である。この場合には、適切
な整合を行って信号の損失を最小にするのに必要な軸Ｍ
麿、横精度およｑ７￥位角精度をうるために、実際上可
能な物理的構造体が用いられる。この方法の場合、通常
は、精密な継ぎ金具の中に光ファイバを固定し、それに
より光ファイバ囚の精密な整合を行なうという、頑丈な
コネクタを使用する方法が用いられる。

基本的な方法のうちの２番目の方＠はレンズを用いる方
法である。この方法では、レンズによりファイバの拡大
像がつくられ、そしてこ、の鍮に対し物理的に整合が行
なわれる。この方法の目的は、角疾の許容度をより小さ
くするという犠牲を払つた上で、突き合わせ結合に伴う
長さ寸法の精密な要求条件を緩和することである。典型
的なレンズ・コネクタは対称的に配置された２つのレン
ズを用い、ファイバはそれらの焦点に配置され、そして
１つのファイバの像が他のファイバの上につくられる。

この方法の場合に特に重要である構造部分は、通常、１
つの光学構造体として作製される。

許容度に関係する重要な要素はレンズの傾き、光ビーム
の進路、ファイバがそれぞれのレンズの焦点に配置され
るＷｌｍである。この形のコネクタの例については、米
国特許第４，４２１．３８３号を参照されたい。

［発明の目的と要約］ 本発明の第１の目、的は、光ファイバの対または他のフ
ァイバ光学素子の対を連結するための改良されたレンズ
−コネクタをうろことである。

本発明の他の目的は、従来のこの種のコネクタよりは、
より容易に製造することができる、レンズ−コネクタを
うろことである。

本発明のなお他の目的は、異なる同口数をもつたファイ
バの対または異なる開口数をもった他の素子の対を連結
するための、レンズ・コネクタをうろことである。

本発明のその他の目的はその一部分は明らかであり、ぞ
して一部分は下記において明らかになるであろう。した
がって、本発明は下記の実施例で例示される構造体によ
り、よりよく理解することかできる。

本発明は、全体的にいえば、レンズ形式のコネクタに関
するものであるにのレンズ形コネクタにより、類似した
または類似していない光ファイバまたは他の素子の対を
、必要に応じ何度でも容易に、連結したりそして連結を
はずしたりすることができる。

本発明のコネクタは、最も広範にいえば、同等でない２
つの球形のボールを有している。これらのボールの表面
は、それらの中心を通る光軸−ヒの一点において、相互
に接触している。これらの球形のボールの半径と屈折率
は異っていてよいが、それらは次の条件を満たすように
設定される。すなわち、光軸上にあって前記接触点とは
反対側にある点において、それぞれの球形のボールの表
面と光学的に接触しているファイバの対または他の素子
の対が、変換された同口数をもって相互に相手の位置に
結像し、かつ、整合が行なわれて、前記素子間で最良の
エネルギ伝達が確実にえられるように、前記球形のボー
ルの半径と屈折率の設定が行なわれる。

球形の表面と前記素子との間の光学的接触は、屈折率整
合材料を使うことによって行なわれる。

球形のボールの相互の接触は機械装置によって保持され
る。これらの球形のボールは容易に回転することができ
、そしてこの回転により透過光量が最大になるように調
節を行なうことができ、そしてその後、球形のボールを
所定の位置に固定づることができるように、前記機械装
置の設計が行なわれる。

特別の場合には、球形のボールは寸法が同じであること
ができる、または屈折率が同じであることができる、ま
たは寸法と屈折率の両方が同じであることができる。い
ずれの場合にも、本発明の装置は容易に製造することが
でき、かつ、容易に整合を行なって透過光量を最大にす
ることができる。

［実施例］ 本発明の新規な特徴は、特許請求の範囲に詳細に開示さ
れている。けれども、本発明それ自身、およびその構成
、使用される材料、および動作方法、ならびに本発明の
その他の目的とその利点は、添付図面を参照しての下記
詳細な説明により、最もよく理解されるであろう。添付
図面において、異なる図面であっても、同じ部品には同
じ番号がつけられている。

本発明による光ファイバ・コネクタが第１図の１０に示
されている。本発明による光ファイバ・コネクタは２素
子中継装置である。通常の装置では、入射光ビームの開
口数と出射光ビームの開口数が異なることはよくあるこ
とである。この光ファイバ・コネクタは、入射光ビーム
の開口数を出射光ビームの開口数に変換し、かつ、整合
させることができる。したがって、このコネクタは光フ
ァイバの連結のために用いると特に適切であるけれども
、その応用は光ファイバの連結にだけ限られるわけでは
ない。このファイバ光学装置の連結装置において、実行
可能なその他の用途は、例えば、光源と検出器との連結
、光源とファイバとの連結、または検出器とファイバと
の連結などである。

第１図に、コネクター０が示されている。このコネクタ
ー０により、全（いろいろな物理的性質と光学的性質と
をもった１対の光ファイバー２ｔ３よび１４が相互に連
結されて、それらの間で光が効率よく伝送される。この
目的のために、コネクタ１０は、２素子中継装置として
、１対の球形のボール１６および１８を有する。ボール
１６および１８の半径は、それぞれ、ＲおよびＲ２であ
す、またそれらの屈折率は、それぞれ、Ｎ１およびＮ２
である。一方、ファイバー２および１４の開口数は、そ
れぞれ、ＮＡ１およびＮＡ２である。

ここで、ＮＡ　　＝Ｎ　　ｓｉｎθ　、ＮＡ２　＝Ｎ　
　ｓｉｎθ２である。全体的にいってこれらのパラメー
タはいずれも、どのような場面での連結であるかによっ
て、異なる数値をとることがあるが、しかし、それらが
とる値は相互に無関係であるわけで、はなく、前記パラ
メータがとりつる値は数式によって関係づけられている
。この数式は、１つのファイバから他のファイバへ正し
い結像を行ない、かつ、開口数の変換を適切に行ないな
がら、これらのパラメータが変化しうる範囲を定めてい
る。　第１図に示されているように、球形のボール１６
および１８は一点Ｐで互いに接触している。

この接触点Ｐは光軸ＯＡ上にある、すなわち、球形のボ
ール１６および１８の中心を通る直線の上にある。

光ファイバー２および１４は、球形のボール１６および
１８の表面と、光軸ＯＡ上であって球形のボール１６お
よび１８が接触している点Ｐとは反対側の点において、
光学的に接触する。

この目的のために、光ファイバー２および１４は、それ
ぞれ、１３および１５で示された屈折率整合樹脂でもっ
て、所定の位置に接着される。

対物点としてのファイバ１２の端部から点Ｐま像距離と
してとられるファイバ１４の端部までのル１６および１
８が点Ｐで接触している薄レンズで置き換えることがで
きると仮定されるならば、そしてこれらのレンズの後に
換算距離に等しい厚さをもったガラスが配置されると仮
定されるならば、ファイバ１２の端部がファイバ１４の
端部に結像するための条件は になる。

したがって、式（２）および式（３）は、他の関与する
パラメータが与えられた範囲内にある時、結像を行なう
ためにそれぞのパラメータが満たす条件を表す。

半径が等しい場合、Ｎ１が変わると、方程式に従って、
Ｋが変わる。したがって、Ｎ２もまた必ず変わる。

もし屈折率と半径が変えられるべきであるならば、結像
条件を定める式（３）を用いて、容易にパラメータを定
めることができる。

コネクタ１ｏは、ファイバ１２の同口数ＮＡ。

を変換してファイバ１４の開口数ＮＡ２に整合させるた
めには、次の変換比を満たせばよいことを示すことがで
きる。

ＮＡ２−７．　　ＮＡ、　　　　　　　　　　　　（５
）相対開口数を用いると、式（４）は次のようになる。

例えば、ファイバに連結するために、Ｆ／１．５　（Ｎ
Ａ−０，３３＞光源をＦ／３．Ｏコーン（ＮＡ−０，１
６６）に変換したいとする。ここで、１票０．５１石＝
Ｏ，’５である。すると、である。Ｎ−１，５のとき、
２″−０，１２５そｐ してｐ−１６となる。このときＫは８であり、するとＮ
２は異常に大、きな屈折率になってしまう。

そこで、Ｎ１として異った値、例えば、Ｎ１＝２．０を
仮定することが必要となる。Ｎ１＝＝２．０として同様
の計算を行うと、Ｎ２−２．０がえられる。同じように
して、Ｎ１＝１．７８の場合にはＮ２＝２．６５がえら
れ、そしてＮ１＝１．８５の場合にはＮ２＝２．３８が
えられる。

そこで、設計の方法は反復法で行なわれる。まず、パラ
メータにある値を仮定し、それから結像の方程式と、開
口数変換の方程式を満たすように他のパラメータを定め
る。それから、これらの計算された値が、利用可能な寸
法と入手可能な材料という観点から、現実的なものであ
るかどうかを検査する。もし現実的でないことがわかっ
たら、最初に仮定した値を変更し、そして計算を再び行
ない、このことをすべてのパラメータに対し満足な値が
見出されるまで繰り返す。

この反復法で推奨される方法は、Ｋ−１で出発し、そし
てそれからｐを計口する方法である。この方法は、異っ
た寸法の球形のボールを用いて、どのように変換を実行
するかを示す。もう１つの方法は、ｐ＝１とおいて、Ｋ
を計算する方法である。それから、Ｎ１、Ｎ２を計算す
る。もしこれらの値が現実的でないならば、ｐ−１を止
めて、１でないｐを仮定する。

特別な場合がいろいろとある。もしＮ１＝２．０ならば
、その時にはＫは１に等しくなければならない。これは
、Ｎ１＝２．０の場合、第１ボールを出る光が平行にな
り、かつ、ボールの半径に無関係であるためである。し
たがって、この光を第２ボールの背面に集光するために
は、Ｎ２もまた２、０に等しくなければならない。もし
Ｎ　が２．０に等しくない場合には、Ｎ２も対称的に２
．０に等しくない。

らしｐ＝１ならば、その時には、Ｒ＝Ｒ，，であるから
、スリーブによって整合をうることができる。近赤外光
線（０，８マイクロメートル）に対しては実際上の観点
から、１．６というＴ比をうろことができる。例えば、
もしＴ−１，５８ならば、Ｎ　霧１．５５およびＮ２−
２．４５であす る。Ｓｉ、Ｇｅまたは５ｂＳ３のような結晶材料を用い
ることによって、もつと大きなＴ比をさえうろことがで
きる。

球形のボール１６および１８は、第１図の機械装置を用
いることによって、接触を保って保持される。この機械
装置は容器２０および２２を有しており、これらの容器
はいずれもスリーブ２４にねじで取り付けられる。容器
２０および２２のお。

のおのは、それぞれ、開口部２６および２８を有し、こ
れらの開口部は、それぞれ、内側斜面３０および３２を
有する。これらの斜面３０および３２の角度は、ボール
がこれらの斜面に常に接するように、ある範囲の半径の
ボールの収容に適応できるように選定される。

取り付けのさいには、球形のボール１６および１８が点
Ｐで接触するまで、容器２０および２２が、スリーブ２
４の中に進められる。この時、球形のボールには、Ｐ点
で接触はするがしかしなお回転しうるような、力が加え
られる。ファイバ間の透過光重を最大にするための調整
は、次のようにして行なわれる。まず、１つのファイバ
が励振される。そして球形のボール１６および１８を互
。

いに回転しながら、他のファイバからの出力が監視され
、透過光量が最大になる位置がえられるまで、このこと
が行なわれる。透過売場が最大になる位置がみつかった
ら、適当な方法によって、例えばエポキシ接着剤によっ
て、ボール１６および１８が所定の位置に固定される。

１つの球形のボールから出る光は、コネクタ１０が正し
く動作するためには、必らずしも平行である必要はない
。例えば、第２図に示されているように、光線３８およ
び４０の場合、１つのボール１６′から出た光ビームは
、他のボール１８′がもつ屈折力によって、収束ビーム
であることもまたは発散ビームであることもできる。

したがって、前記解析は、２ボール連結装置に対し、屈
折率とボール直径比との間の関係を詳しく述べたもので
ある。光の入口と出口は、ボールの表面と接触している
と仮定される。このことは常に必要であるというわけで
はないが、もしそうであれば、数式はいくらか簡単にな
る。後方焦点が小さいためには、１つのボールまたは両
方のボールの屈折率がわずかに小さくされる、またはあ
る場合には、ボールの半径がわずかに小さくされる。

［発明の効果］ この構造をもつコネクタは、明らかに、いくつかの利点
を有している。その第１は、焦点は出口点でないことで
ある。それは、主として、屈折率によって変わり、ボー
ルの直径によってはあまり変わらない。ボールを互いに
回転させることによって、整合を行なうことができる。

これは確実な調整法であって、容易に行なうことができ
る。

当業者は、本明細書に従って、本発明を他の方法で実施
することもできるが、このような本発明の他の方法での
実施は、すべて本発明の範囲内に包含されるものである
。例えば、光ファイバ素子の端部を、球形のボールに接
触させないで、一定の距離だけ離して配置することがで
きる。この場合には、この中継装置を設計するさい、結
像・変換方程式の中に、この距離を単に導入すればよい
。

したがって、前記説明と添付図面に示されたすべての事
項は例示のためのものである解釈されるべきであって、
本発明がそれらに限定されるものと介してはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のコネクタの概要断面図、第２図は本発
明のコネクタの別の配置における概要断面図。 ［符号の説明］ １０．１０’　　　コネクタ １２．１４．１２′、１４’　　　光ファイバ素子１６
．１８．１６′、１８’　　　球形のボールＰ、Ｐ’　
　　接触点 ０　、Ｏ光軸 Ａ　　＾ ２０．２２　　　保持装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の球形のボール（１６、１８；１６′、１８
   ′）の中心を通る光軸（Ｏ＿Ａ）、（Ｏ＿Ａ′）上の点
   （Ｐ）、（Ｐ′）で互いに物理的に表面が接触する前記
   一対の球形のボール（１６、１８、１６′、１８′）を
   有することと、前記球形のボール（１６、１８、１６′
   、１８′）が光ファイバ素子（１２、１４、１２′、１
   ４′）の動作波長の光に対して透明である材料で構成さ
   れることと、一対の前記光ファイバ素子のおのおのが前
   記光軸上にあつて前記接触点とは反対側の点において１
   つの前記球形のボールの表面と光学的に接触する時前記
   球形のボールの動作により前記一対の光ファイバ素子の
   うちの１つの光ファイバ素子の像を前記一対の光ファイ
   バ素子のうちの他の光ファイバ素子の上につくられかつ
   前記一対の光ファイバ素子の開口数を相互に変換して整
   合させるように前記一対の球形のボールの半径と前記材
   料の屈折率が選定されそれにより前記一対の光ファイバ
   素子のうちのいずれか１つの光ファイバ素子から出る光
   の事実上全部が前記一対の光ファイバ素子のうちの他の
   １つの光ファイバ素子の中に確実に結合されること、と
   を特徴とする前記一対の光ファイバ素子（１２、１４、
   １２′、１４′）を光学的に結合するためのコネクタ（
   １０、 １０′）。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記球形のボー
   ル（１２、１４）を前記接触点（Ｐ）において突き合わ
   せ接触させるための保持装置（２０、２２）をさらに有
   する前記コネクタ。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、前記球形のボー
   ル（１２、１４）が互いに接触した時透過光量を最も大
   きくするためにまず前記球形のボールを前記接触点のま
   わりに回転することができそしてその後前記球形のボー
   ルを互いにその位置に固定することができるように前記
   保持装置（２０、２２）が構成されている、前記コネク
   タ。
4. （４）特許請求の範囲第１項において、Ｒ＿１およびＲ
   ＿２をそれぞれ前記球形のボールの半径とし、Ｎ＿１お
   よびＮ＿２をそれぞれ前記球形のボールの屈折率として
   、Ｋ＝Ｎ＿２／Ｎ＿１とし、およびＮＡ＿ｒを前記ファ
   イバ素子の開口数の比として、前記球形のボールの前記
   屈折率と前記半径が、１つの光ファイバ素子（１２、１
   ４、１２′、１４′）が他の光ファイバ素子の上に結像
   されるために Ｎ＿１＝［２（Ｒ＿１＋Ｒ＿２）］／（Ｒ＿２＋ＫＲ＿
   １）を満たし、かつ、前記光ファイバ素子の開口数が整
   合し一方前記光ファイバ素子の１つが他の光ファイバ素
   子の上に結像するために ＮＡ＿ｒ＝（Ｒ＿１／Ｎ＿１）／（Ｒ＿２／Ｎ＿２）を
   満たす、前記コネクタ。