JPS63109408A - 光結合方法および光結合装置 - 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］ 本発明は発光素子からの光を光伝送手段に結合する光結
合方法および光結合装置に関する。

（従来の技術） 半導体レーザ（ＬＤ＞　、発光ダイオード（Ｌ　Ｅ　Ｄ
　）等の発光素子から出射された光を、光ファイバ等の
光伝送手段に結合させる光結合装置として、種々のもの
が知られている。

第２図は従来装置の一例の縦断面図である。図示の如く
、筒状のハウジング１の一方の開口端部には発光素子２
が取り付けられ、他方の開口端部からは光ファイバ３を
保持するコネクタ４が挿入されている。そして、発光素
子２の発光端面（光出射端面）と光ファイバ３の光入射
端面は互いに対向させられ、それらの間にはハウジング
１の内壁から突出する突起５によってボールレンズ６が
固定されている。

かかる従来装置においても、効率よく光結合を行なうた
めには、発光素子２からの光を正確に光ファイバ３の光
入射端面に集光しなければならない。そこで従来は、第
２図の装置において発光素子２の発光端面と光ファイバ
３の光入射端の相対位置を変えることにより、図中のＸ
、Ｙ、Ｚ軸方向の調整と、あおりの２方向の調整を行な
っていた。そして、上記５方向の調整により最適位置を
見出した後に、空隙７に樹脂（図示しない）等を充填し
て固定していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記の従来技術では、次のような問題点が
あった。第１に、発光素子２の位置をハウシング１の開
口端部で動かすことにより、Ｘ。

Ｙ、Ｚの３軸方向およびめおりの２方向の調整を行なう
ようにしていたため、発光素子２の最適位置を見出すこ
とが容易でなかった。特に、この調整は発光素子１をハ
ウジング１の開口端部から浮かせて行なうようにしてい
るため、上記の５方向に対して正確に位置決めすること
は難しく、熟練作業を必要としていた。

第２に、最適位置を見出した後は空隙７に樹脂を充填し
て固定するようにしていたため、製品の信頼性に欠けて
いた。特に、樹脂の硬化時の位置ずれは発光素子の最適
位置からのずれを招くことがあり、また経時変化により
位置ずれを招くことがあった。

そして、以上の問題点がおるために従来技術では、光結
合装置の信頼性が低く、歩留りの悪さとも相まってコス
トの上昇等を招いていた。

そこで本発明は、発光素子と光ファイバの如き光伝送手
段の最適な相対的位置関係を、容易かつ迅速に見出すこ
とができる光結合方法を提供することを目的とする。

また本発明は、発光素子と光伝送手段の最適な相対位置
を見出すことが容易で、かつ光結合の信頼性が高く歩留
りの良い光結合装置を提供することを目的とする。

ざらに本発明は、発光゛素子と光伝送手段の最適な相対
位置を見出すことが容易で、かつ光結合の信頼性が高く
歩留りが良いだけでなく、結合効率をも高めることので
きる光結合装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る光結合方法は、発光素子からの光を光ファ
イバ等の光伝送手段に結合する方法で必って、次の３つ
のステップを備えることを特徴とする。すなわち、所定
の軸方向の少くとも一方を開放にし、該開放端部を所定
の軸方向と９０度未満又は９０度を越える角度で交叉す
る第１の端面に平面仕上げした第１のハウジング内に、
出射光が所定の軸方向に沿って開放端部から外に発せら
れるよう発光素子を設ける第１のステップと、所定の軸
方向に貫通穴を有し、該貫通穴の一方の開口端部を所定
の軸方向と９０度未満又は９０度を越える角度で交叉す
る第２の端面に平面仕上げした第２のハウジング内に、
一方の開口端部から入射された光を受け入れる光伝送手
段を所定の軸方向に沿って設ける第２のステップと、第
１および第２の端面を互いに開動自在に当接させ、発光
素子および光伝送手段の少なくともいずれか一方を第１
又は第２のハウジング内で所定の軸方向に移動させるこ
とによりこれらの相対距離を変えてＺ軸方向の調整をし
、第１および第２の端面で第１および第２のハウジング
をｌ回動させることによりｘｆＩｌｌおよびＹ軸方向の
調整をし、第１および第２の端面で第１および第２のハ
ウジングを所定の軸を中心に１晋動して回動させること
によりあおりの２方向の調整をする第３のステップの３
ステツプである。

また、本発明に係る光結合装置の第１の態様は、発光素
子からの光を光伝送手段に結合する光結合装置であって
、所定の軸方向の少くとも一方が開放された穴部を有し
、該穴部の開放端部が所定の軸方向と９０度未満又は９
０度を越える角度で交叉する第１の端面に平面仕上げさ
れ、出射光が所定の軸方向に沿って開放端部から外に発
せられるよう発光素子が内部に設けられる第１のハウジ
ングと、所定の軸方向に第１のハウジングの穴部と連通
する貫通穴を有し、該貫通穴の一方の開口端部が所定の
軸方向と９０度未満又は９０度を越える角度で交叉しか
つ第１の端面と対向する第２の端面に平面仕上げされた
第２のハウジングと、光伝送手段の端部近傍を保持し、
該光伝送手段の光入射端面を第２のハウジングの一方の
開口端部側に向けて他方の開口端部側から貫通穴に挿入
されるフェルールとを備え、第１および第２のハウジン
グは第１および第２の端面で当接して互いに固定される
ことを特徴とする。

ざらに本発明に係る光結合装置の第２の態様は、上記第
１の態様のものに、第１のハウジングに形成された穴部
又は第２のハウジングの貫通穴中に固定され、発光素子
からの光を光伝送手段の光入射端面に集束させる光集束
手段を更に備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る光結合方法は、以上のように構成されるの
で、第１のステップにより所定の軸と９０度未満又は９
０度を越える角度で交叉する第１および第２の端面が第
１および第２のハウジングに形成され、第２のステップ
により第１および第２の端面が当接した状態で光結合の
５方向の調整がされる。

また、本発明に係る光結合装置の第１の態様は、以上の
ように構成されるので、第１および第２のハウジングは
発光素子の光出射端面と光伝送手段の光入射端面が互い
に対向するよう第１および第２の端面で当接し、この状
態で摺動することにより所定の軸と交叉する方向および
ｌりの２方向の調整をするように働き、フェルールは光
伝送手段を保持して所定の軸方向（Ｚ軸方向）の調整を
するように働き、従って光結合の調整後に第１および第
２のハウジングを互いに固定することにより光結合装置
が得られる。

ざらに本発明に係る光結合装置の第２の態様は、以上の
ように構成されるので、上記第１の態様のものに加えて
、光集束手段は発光素子から光伝送手段への光を正確に
集束させるように働く。

（実施例〕 以下、本発明方法および装置のいくつかの実施例を説明
する。

まず、本発明に係る光結合方法の実施例を説明すると、
本発明方法は次の３つのステップを備えて構成される。

第１のステップは、平面仕上げされた第１の端面を有す
る第１のハウジングに半導体レーザの如き発光素子を取
り付け、この光出射端面側に位置する第１の端面を所定
の軸方向と９０度未満又は９０度を越える角度で交叉さ
せるものである。すなわち、例えば貫通穴を有する第１
のハウジングの該貫通穴に発光素子を設ける。

この発光素子は貫通穴に固定してもよく、貫通穴の軸方
向に移動できるようにしてもよいが、出射された光は貫
通穴を通って第１の端面側から外に出るようにされてい
なければならない。

このようにすると、発光素子からの出射光は第１の端面
と一定の角度をもって交叉することになる。なお、発光
素子は貫通穴に設けるとして説明したが、発光素子の光
出射方向が開放されていれば、後端部を閉鎖した断面凹
状の穴部に設けるようにしてもよく、第１のハウジング
に切り込んで形成したスリットの中に設けるようにして
もよい。

言い換えれば、発光素子の光出射方向が開放され、光出
射端面側に所定の軸と９０度未満又は９０度を越える角
度で交叉する第１の端面を有し、かつ発光素子を保持す
るものでおれば、いかなる態様のものでおってもよい。

第２のステップは、平面仕上げされた第２の端面を有す
る第２のハウジングに光ファイバの如き光伝送手段を取
り付け、この光伝送手段の光入射端面側に位置する第２
の端面をその貫通穴の軸と９０度未満又は９０度を越え
る角度で交叉させるものでおる。すなわち、例えば貫通
穴を有する第２のハウジングの該貫通穴に光ファイバを
取り付ける。この光ファイバは、発光素子が第１のハウ
ジングの所定の軸方向に移動自在であれば貫通穴に固定
してもよいが、発光素子が固定されているときには貫通
穴の軸方向に移動できるようにする必要がおる。また、
貫通穴に入ってきた発光素子からの光が、光ファイバの
端面に向って入射されるようになっている必要がある。

第３のステップは、第１および第２の端面を互いに摺動
自在に当接させた状態で、次の調整を行なうものである
。すなわち、発光素子および光伝送手段の少なくともい
ずれか一方を第１又は第２のハウジング内で所定の軸方
向に移動させることによりこれらの相対距離を変えてＺ
軸方向の調整をし、第１および第２の端面で第１および
第２のハウジングを摺動させることによりＸ＠およびＹ
軸方向の調整をし、第１および第２の端面で第１および
第２のハウジングを所定の軸を中心に因動して回動させ
ることにより必おりの２方向の調整をするものである。

例えば光ファイバを第２のハウジング内で貫通穴の軸方
向（Ｚ軸方向）に移動させると、発光素子と光ファイバ
の相対距離が変えられるので、他の方向（Ｘ、Ｙ軸方向
および必あり方向）の調整を意識することなく、Ｚ軸方
向の調整のみを独立して行なうことができる。また、第
１および第２の端面を当接させた状態で第１および第２
のハウジングを当接面方向に移動（！習動）させると、
発光素子の光軸と光ファイバの光軸との相対位置が変え
られるので、他の方向（Ｚ軸方向およびあおり方向）の
調整を意識することなく、Ｘ、Ｙ軸方向の調整のみを独
立して行なうことができる。また、第１および第２の端
面を当接させた状態で第１および第２のハウジングの少
くともいずれか一方を所定の軸を中心に回動させると、
他の方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）の調整を意識することな
く、あおりの２方向の調整のみを独立して行なうことが
できる。

以上、説明したように本発明方法によれば、発光素子と
光伝送手段の最適な相対的位置関係を、Ｘ、Ｙ、Ｚ’Ｆ
［！１方向だけでなく、必ありの２方向についても容易
に見出すことができる。

次に、添付図面を参照して、本発明に係る光結合方法を
適用した光結合装置の第１、第２および第３の実施例を
説明する。

第１図は本発明装置の第１実施例を分解した斜視図であ
る。図示の如く、円筒状の第１のハウジング１１には中
心軸Ｌ１方向に貫通穴１２が形成され、この貫通穴１２
の内部には発光素子として例えば半導体レーザＬＤが固
定されている。そして、この半導体レーザＬＤの発光端
面（光出射端面）は第１の端面１３の方向を向き、出射
光が中心軸Ｌ１に沿った方向（Ｚ軸方向）に発せられる
ようになっている。なお、この第１の端面１３は平面仕
上げされ、中心軸Ｌ１と０１　（＜９０’　）の角度で
交叉するようになっている。

円筒状の第２のハウジング１５についても、中心軸Ｌ２
方向に貫通穴１６が形成されている。そして、第１のハ
ウジング１１の第１の端面１３と対向する開口端部は、
中心軸Ｌ２と０２（＜９０’　）の角度で交叉する第２
の端面１７に平面仕上げされている。この第２のハウジ
ング１５の貫通穴１６の他方の開口端部からは、円柱状
のフェルール１９が挿入される。このフェルール１９は
中心軸Ｌ２に沿った光ファイバ２０の端部近傍を保持し
てあり、光ファイバ２０の先端部（光入射端部）には先
球１１が設けられている。

また、フェルール１９と貫通穴１６にはクリアランスが
ないようにしておる。

次に、上記第１実施例の作用を説明する。

まず、中心軸Ｌ１．Ｌ２を揃えて第１の端面１３と第２
の端面１７を当接させ、フェルール１９を第２のハウジ
ング１５の貫通穴１６に挿入する。そして、光ファイバ
２０を固定したフェルール１つを貫通穴１６内でＺ軸方
向に摺動させると、Ｚ軸方向の調整を独立して行なうこ
とができる。また、第１の端面１３と第２の端面１７を
当接させた状態で、第１のハウジング１１又は第２のハ
ウジング１５をＸ、Ｙ軸方向に摺動させると、Ｘ、Ｙ軸
方向の調整を独立して行なうことができる。

以上の通り、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の調整は第１および第２
の端面１３，１７を当接させ、フェルール１９を貫通穴
１６に挿入した状態で行なわれるので、ある軸方向の調
整中に他の軸方向が調整ずれするようなことがない゛。

従って、調整を正確かつ容易に行なうことができる。

あおりの調整は、第３図に示す如く行なう。第１のハウ
ジング１１又は第２のハウジング１５を、それぞれの中
心軸Ｌ１．Ｌ２のまわりで回動させると、中心軸Ｌ１．
Ｌ２のなす角θは最小でθ＝０１−６２　（第３図（ａ
）図示）、最大でθ＝０１＋θ２　（第３図（ｂ）図示
）となる。従って、この交叉角θは、θ１−０２から０
１＋０２まで調整可能となり、θ１＝θ２に設定すると
Ｏ〜２θ１まで調整可能となる。この必おりの調整に際
しては、ｘ、ｙ、ｚの３軸方向の調整を意識しなくても
よい。

以上の調整が完了した後、第１のハウジング１１と第２
のハウジング１５および第２のハウジング１５とフェル
ール１９を互いに固定する。この固定は樹脂固定によっ
てもよく、ＹＡＧレーザ溶接固定、半田固定等によって
もよい。本実施例では各構成部品は互いに接触した関係
にあるので、例えば樹脂硬化時に軸ずれを生じたりする
ようなことがない。

第４図は本発明装置の第２実施例を分解した側面図であ
り、発光素子としてボールレンズ装荷型発光ダイオード
（ＬＥＤ）を用い、光伝送手段として先球加工のないマ
ルチモード光ファイバを用いている。そしてこの実施例
が、前述の第１実施例と特に異なる点は、セラミックス
製の第１のハウジング１１の開口部に光集束用のボール
レンズ３０が設けられていることでおる。また、第１の
ハウジング１１の貫通穴１２は第１の端面１３側で細く
なっており、この下方の太い部分にＬＥＤが固定されて
いる。

この実施例における光結合の調整および各部品の固定は
、前述の第１実施例と同様に行なわれる。

調整および固定に要する時間は、第２図の従来例では２
４時間程度であったものを、１０分程度にすることがで
きる。また、結合効率も従来品と同程度に維持すること
ができ、経時劣化を少なくすることができる。

第５図は本発明装置の第３実施例を分解した側面図であ
り、発光素子としてボールレンズ装荷型半導体レーザ（
ＬＤ＞を用い、光伝送手段としてシングルモード光ファ
イバ２０を用いている。そしてこの実施例が、前述の第
１実施例と特に異なる点は、セラミックス製の第２のハ
ウジング１５の貫通穴１６に、集束性ロッドレンズ３１
が設けられていることである。

この実施例における光結合の調整および各部品の固定に
ついても、前述の第１実施例と同様に行なわれる。この
実施例では、調整および固定に要する時間を大幅に短縮
でき、経時劣化も少なくすることができるが、特に光結
合損失を大幅に低減できる。具体的には、第２図の従来
例では光結合ｍが１／１０程度に低下していたのに対し
、本実施例では劣化をほとんどなくすことができる。

本発明装置は上記第１、第２および第３実施例のものに
限らず、種々の変形が可能である。例えば、第１のハウ
ジングは円筒状のものに限らず、角筒状のものであって
もよく、また貫通穴の側壁にスリットや開孔が形成され
ていてもよい。また、発光素子は第１のハウジングに直
接に固定したものに限らず、例えば基板に発光素子を固
定し、第１のハウジングをこの基板に固定することによ
り、第１のハウジングと発光素子を間接的に固定しても
よい。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明方法によれば、端面に
て第１および第２のハウジングを当接させた状態で光結
合の調整を行うようにしているので、発光素子と光伝送
手段の最適な相対的位置関係を、互いに直交するＸ、Ｙ
、Ｚ軸方向だけでなく、あおり方向についても容易に見
出すことができる。

このため、光結合を極めて正確、容易かつ迅速に行える
効果が必る。

また、本発明装置の第１の態様によれば、発光素子と光
伝送手段をそれぞれ第１、第２のハウジングで保持し、
これらを端面で当接させて固定するようにしているので
、最適な相対的位置関係を見出すことが容易であり、か
つ光結合の信頼性および製品の歩留りが高く、かつ経時
劣化の少ない光結合装置が得られる。

ざらに、本発明装置の第２の態様の如く、集束性ロッド
レンズ等の光集束手段を設けるようにすれば、光結合の
効率をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光結合装置の第１実施例を分解し
た斜視図、第２図は従来の光結合装置の一例の縦断面図
、第３図は第１実施例の作用を説明する側面図、第４図
および第５図は本発明に係る光結合装置の第２および第
３実施例を分解した側面図でおる。 １１・・・第１のハウジング、１２．１６・・・貫通穴
、１３・・・第１の端面、１５・・・第２のハウジング
、１７・・・第２の端面、１９・・・フェルール、２０
・・・光ファイバ、２１・・・先球、３０・・・ボール
レンズ、３１・・・集束性ロッドレンズ、ＬＤ・・・半
導体レーザ、ＬＥＤ・・・発光ダイオード。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹ｒ・Ｌ、 本発明装置の第１実施例の斜視図 ｔａ１図 第　　２　　図 ’（ａ）　　　　　　（ｂ） 第１実施例のわおりＭＪ４整の説明図 第３図 本発明装置の第２実施例の側面図 第　　４　　図 本発ｌＰＩ妓蓋の第３実施例の側面図 筒　　５　　区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子からの光を光伝送手段に結合する光結合方
   法において、 所定の軸方向の少くとも一方を開放にし、該開放端部を
   前記所定の軸方向と９０度未満又は９０度を越える角度
   で交叉する第１の端面に平面仕上げした第１のハウジン
   グ内に、出射光が前記所定の軸方向に沿つて前記開放端
   部から外に発せられるよう前記発光素子を設ける第１の
   ステップと、所定の軸方向に貫通穴を有し、該貫通穴の
   一方の開口端部を前記所定の軸方向と９０度未満又は９
   ０度を越える角度で交叉する第２の端面に平面仕上げし
   た第２のハウジング内に、前記一方の開口端部から入射
   された光を受け入れる前記光伝送手段を前記所定の軸方
   向に沿つて設ける第２のステップと、 前記第１および第２の端面を互いに摺動自在に当接させ
   、前記発光素子および光伝送手段の少なくともいずれか
   一方を前記第１又は第２のハウジング内で前記所定の軸
   方向に移動させることによりこれらの相対距離を変えて
   Ｚ軸方向の調整をし、前記第１および第２の端面で前記
   第１および第２のハウジングを摺動させることによりＸ
   軸およびＹ軸方向の調整をし、前記第１および第２の端
   面で前記第１および第２のハウジングを前記所定の軸を
   中心に摺動して回動させることによりあおりの２方向の
   調整をする第３のステップと を備えることを特徴とする光結合方法。 ２、発光素子からの光を光伝送手段に結合する光結合装
   置において、 所定の軸方向の少くとも一方が開放された穴部を有し、
   該穴部の開放端部が前記所定の軸方向と９０度未満又は
   ９０度を越える角度で交叉する第１の端面に平面仕上げ
   され、出射光が前記所定の軸方向に沿つて前記開放端部
   から外に発せられるよう前記発光素子が内部に設けられ
   る第１のハウジングと、 所定の軸方向に前記第１のハウジングの穴部と連通する
   貫通穴を有し、該貫通穴の一方の開口端部が前記所定の
   軸方向と９０度未満又は９０度を越える角度で交叉しか
   つ前記第１の端面と対向する第２の端面に平面仕上げさ
   れた第２のハウジングと、 前記光伝送手段の端部近傍を保持し、該光伝送手段の光
   入射端面を前記第２のハウジングの一方の開口端部側に
   向けて他方の開口端部側から前記貫通穴に挿入されるフ
   エルールと を備え、前記第１および第２のハウジングは前記第１お
   よび第２の端面で当接して互いに固定されることを特徴
   とする光結合装置。 ３、前記光伝送手段は光ファイバである特許請求の範囲
   第２項記載の光結合装置。 ４、前記光ファイバは先球ファイバである特許請求の範
   囲第３項記載の光結合装置。 ５、発光素子からの光を光伝送手段に結合する光結合装
   置において、 所定の軸方向の少くとも一方が開放された穴部を有し、
   該穴部の開放端部が前記所定の軸方向と９０度未満又は
   ９０度を越える角度で交叉する第１の端面に平面仕上げ
   され、出射光が前記所定の軸方向に沿つて前記開放端部
   から外に発せられるよう前記発光素子が内部に設けられ
   る第１のハウジングと、 所定の軸方向に前記第１のハウジングの穴部と連通する
   貫通穴を有し、該貫通穴の一方の開口端部が前記所定の
   軸方向と９０度未満又は９０度を越える角度で交叉しか
   つ前記第１の端面と対向する第２の端面に平面仕上げさ
   れた第２のハウジングと、 前記光伝送手段の端部近傍を保持し、該光伝送手段の光
   入射端面を前記第２のハウジングの一方の開口端部側に
   向けて他方の開口端部側から前記貫通穴に挿入されるフ
   エルールと、 前記第１のハウジングの穴部又は前記第２のハウジング
   の貫通穴中に固定され、前記発光素子からの光を前記光
   伝送手段の光入射端面に集束させる光集束手段と を備え、前記第１および第２のハウジングは前記第１お
   よび第２の端面で当接して互いに固定されることを特徴
   とする光結合装置。 ６、前記光集束手段はボールレンズである特許請求の範
   囲第５項記載の光結合装置。 ７、前記光集束手段は集束性ロッドレンズである特許請
   求の範囲第５項記載の光結合装置。