KR101167305B1 - 광섬유 및 광학렌즈 결합방법, 이를 위한 장치 및 광학 모듈 - Google Patents

Abstract

연화점이 광학렌즈(L)보다 높은 광섬유(F)를 광학렌즈(L)에 결합하는 결합방법에서, 광학렌즈만이 가열에 의해 연화되고, 광섬유의 결합부인 단부면은 연화된 광학렌즈의 결합부 내로 밀려 서로 결합하게 된다.

광섬유, 광학렌즈, 심선, 연화점

Description

광섬유 및 광학렌즈 결합방법, 이를 위한 장치 및 광학 모듈{METHOD FOR JOINING AN OPTICAL FIBER AND AN OPTICAL LENS, THE APPARATUS FOR THE SAME AND AN OPTICAL MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유와 광학렌즈를 결합하기 위한 장치의 구성을 도시하는 개략도;

도 2는 제1 광섬유 홀더가 광섬유의 중심선과 일치되는 방향을 따라 보여지는 상태를 도시하는 부분확대도;

도 3A는 하부 코어 와이어가 돌출되는 경우 홀더위치 조정 메커니즘에 의한 광섬유의 각 심선의 상단면 사이의 정렬동작을 보여주는 설명도;

도 3B는 상부 심선이 돌출되는 경우 홀더위치 조정 메커니즘에 의한 광섬유의 각 심산의 상단면 사이의 정렬동작을 보여주는 설명도;

도 4는 광섬유와 광학렌즈를 결합하기 위한 장치의 제어시스템을 보여주는 블록도;

도 5는 결합장치의 동작을 보여주는 순서도; 및

도 6은 결합장치의 동작을 보여주는, 도 5에서 이어지는 순서도.

본 발명은 내용이 여기에 참조로서 병합된, 2004년 2월 23일에 일본특허청에 출원된 일본특허출원 JP.2004-046189호를 우선권으로 주장한다.

본 발명은 광섬유 및 광학렌즈를 결합하기 위한 방법, 이를 위한 장치 및 광학 모듈에 관한 것이다.

광통신에서 사용되는 기본 모듈의 하나로서, 광 시준기(optical collimator)가 있다. 광 시준기는 광섬유와 렌즈가 함께 일체화된 모듈로서, 렌즈 특성에 따라 광의 방사 및 입사를 수행하는데 사용된다.

지금까지, 이러한 광 시준기를 제조할 때, 광섬유와 렌즈의 단부는 접착제를 사용하여 결합되었다. 보다 상세하게는, 광섬유는 결합 전에 모세관 또는 페룰이라 불리는 관형 가이드를 미리 통과하고, 이후 광섬유는 관형 가이드와 광섬유의 단부가 정렬된 상태에서 고정되고, 이후 광섬유의 단부는 가이드의 단부면과 일치하도록 연마되고, 그러고 나서 광섬유는 가이드와 함께 렌즈의 광축을 광섬유의 광축에 일치시키면서 렌즈에 결합된다.

또한, 광섬유와 렌즈가 광섬유의 단부면과 렌즈의 단부면 사이에 공간을 제공하도록 정렬되고, 이후 접착제 없이 결합되는 구조가 제안되었다 (미국특허 제5,889,904호 참조). 이 경우, 반사방지막이 렌즈의 단부면에 코팅되어 광학 특성을 만족시키고, 이후 광섬유와 렌즈는 자신의 위치관계가 조정된 후 고정된다.

그러나, 광섬유와 렌즈가 접착제를 사용하여 결합된 구조에서, 이러한 접착 제는 통과하는 빛의 일부를 흡수한다. 그러므로, 고 광도의 빛이 입사될 때, 몇몇 경우 온도 상승이 유발되고, 따라서 접착제는 품질이 변화되고 또한 광학 특성이 악화된다.

통상적으로, 광학 접착제의 흡수율은 광통신에 사용되는 파장범위에서 대략 1 내지 5%이다. 품질변화는 온도가 대략 섭씨 400도를 넘을 때 고온에 대한 내구력을 갖는 접착제에서 야기된다. 그러나, 이러한 내구성 있는 온도범위를 갖는 접착제는 몇 [W] 등급까지의 광도를 견딜 수 없다.

또한, 상기 접착제를 사용하는 결합방법에 따라서, 광섬유는 모세관과 같은 가이드 상에 고정되고 이후 연마작업이 양 단부면을 바르게 맞추는데 필요하지만, 작업이 까다로워지고 또한 제품비용이 상승한다는 문제가 존재한다.

또한, 2심(two-core) 광섬유(2개의 단일코아 광섬유 및 2심 테이프 광섬유)가 시준렌즈에 결합되는 경우, 각각의 광섬유는 두 개의 구멍 또는 하나의 구멍을 가진 구멍 뚫린 가이드(모세관 등) 내로 삽입되고, 이후 두 광섬유는 가깝게 유지된 상태에서 접착제 등으로 고정되고, 그러고 나서 광섬유의 단부면은 가이드와 함께 연마되어 단부면을 정렬시킨다. 이는 단부면이 매우 정밀하게 정렬되지 않으면 두 광섬유가 작은 손실로 결합될 수 없기 때문이며, 두 광섬유가 서로로부터 떨어진다면 이 구조의 크기를 줄일 수 없기 때문이다

또한, 미국특허 제5,889,904호에서와 같이, 사이에 간극공간(clearance space)이 형성되도록 광섬유와 렌즈를 결합하는 방법의 경우에, 단부면 사이로 들어오는 이물질 때문에 광특성이 저하될 수 있다는 단점이 있었다.

또한, 이들의 단부면이 접착제 등에 의해 서로 고정되지 않기 때문에, 이들의 위치관계를 고정하고 결합이 완료된 후에도 이러한 위치관계를 계속 유지하기 위해서 다른 구조가 필요하다. 그러므로, 물품 개수 및 작업공정수의 증가가 야기되고 또한 비용절감 및 크기 축소를 얻기가 어렵다.

또한, 광섬유 및 렌즈의 각 단부면에 반사방지막이 필요하므로, 비용이 상승하고 또한 광특성이 반사방지막의 광 저항성에 영향을 받는다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 사이에 공기층 또는 접착제를 개재하지 않고 광섬유 및 광학렌즈 사이의 용이한 결합을 달성하는 것이다.

본 발명의 제1 태양은 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법으로서,

상기 광학렌즈만을 가열에 의해 연화시키는 단계; 및

상기 광섬유의 단부를 상기 광학렌즈의 결합부 내로 밀어내어 그로 인해 상기 광섬유를 상기 광학렌즈에 결합시키는 단계를 포함하고,

상기 광섬유의 연화점은 상기 광학렌즈의 연화점보다 높은, 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 방법에 따르면, 먼저 광학렌즈의 결합부가 가열 및 연화된다. 상술한 것처럼, 광섬유의 연화온도가 광학렌즈보다 높기 때문에, 광학렌즈 및 광섬유의 결합부는 모두 광학렌즈의 연화온도보다는 높지만 광섬유의 연화온도보다는 낮은 온도로 동시에 가열될 수 있으며, 그렇지 않으면 광학렌즈의 결합부만을 가열할 수도 있다.

이후, 결합부로서 광섬유의 단부는 연화된 광학렌즈의 결합부를 향해 밀리게 된다. 광학렌즈가 연화되었기 때문에, 광섬유의 단부는 광학렌즈측 내로 밀려 그 안에 잠기게 된다. 이후, 광학렌즈는 상호간의 결합을 달성하기 위하여, 광학렌즈가 냉각될 때 둘레 영역으로부터 광섬유의 단부를 고정시킨다. 즉, 광섬유의 단부의 둘레 영역이 광학렌즈에 덮혀서 고정되는 것이다.

본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 제2 태양에 따르면, 상기 광섬유의 단부 및 상기 광학렌즈의 결합부는 서로에 대향하도록 배열하고, 상기 광학렌즈의 결합부로부터 상기 광섬유 측으로 이격된 곳에 위치하는 열원에 의해 상기 광학렌즈를 연화시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 태양에 따른 본 발명의 제3 태양에 있어서, 상기 열원은 아크방전인 것이 보다 바람직하다.

상기 방법에 따르면, 아크방전에 의한 가열위치는 광학렌즈의 결합부로부터 이격되고, 이후 광학렌즈의 결합부는 이격된 거리에 따른 온도로 가열된다.

본 발명의 제2 태양에 따른 본 발명의 제4 태양에 따라서, 상기 열원은 상기 광섬유의 축의 반지름방향으로 상기 광섬유 및 상기 광학렌즈로부터 떨어지게 배치되는 것이 유리하다.

본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 제5 태양에 따라서, 상기 방법은 상기 광학렌즈를 연화시키기 전에 둥근 표면을 형성하도록 상기 광섬유의 단부를 연화시키는 단계를 포함하는 것이 더욱 유리하다.

본 발명의 제1 태양에 따른 본 발명의 제6 태양에 따라서, 상기 방법은:

상기 광섬유 및 상기 광학렌즈를 잡아당기는 방향으로 서로 결합된 상기 광 섬유 및 상기 광학렌즈 상에 인장력을 가하는 단계; 및

상기 광학렌즈 및 상기 광섬유 사이의 결합상태를 그에 가해진 상기 인장력에 근거하여 검사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제7 태양에 따르면, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치로서,

상기 광학렌즈를 고정하기 위한 렌즈고정 메커니즘;

상기 광섬유를 고정하기 위한 광섬유고정 메커니즘;

가열부; 및

목표 가열위치와 상기 고정된 광섬유의 결합부 사이의 거리를 조정하는 가열위치 조정 메커니즘을 포함하는, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치가 제공된다.

상기 광섬유의 연화점은 상기 광학렌즈의 연화점보다 높고, 상기 렌즈고정 메커니즘 및 상기 광섬유고정 메커니즘은 상기 광학렌즈의 결합부 및 상기 광섬유의 결합부가 서로에 대해 대향하는 방식으로 배열된다.

상기 구성에 따르면, 광학렌즈의 결합부와 광섬유의 결합부인 단부면은 렌즈고정 메커니즘 및 광섬유고정 메커니즘에 의해 각각 서로에 대해 대향하도록 지지된다. 이후, 고정된 광학렌즈의 결합부로부터 적절히 떨어진 위치가 가열위치 조정 메커니즘에 의해 목표 가열위치로 선택되고, 이후 가열부에 의해 가열이 수행되고, 이후 광학렌즈의 결합부가 적절하게 가열되어 연화될 수 있다. 이후, 광섬유 또는 광학렌즈는 광섬유의 단부를 광학렌즈의 결합부 내로 밀도록 상대적으로 이동되어, 상호간 결합을 달성할 수 있다.

본 발명의 제7 태양에 따른 본 발명의 제8 태양에 따르면, 상기 광섬유고정 메커니즘은,

상기 광섬유의 결합부로서 단부에 가까운 영역에 상기 광섬유를 고정하고, 상기 광섬유를 죄거나 풀 수 있는, 제1 광섬유 홀더;

상기 결합부 이외의 영역에서 상기 광섬유를 고정하는 제2 광섬유 홀더; 및

상기 광섬유의 축으로부터 이탈되는 방향으로 상기 제1 광섬유 홀더 및 상기 제2 광섬유 홀더 중 하나 이상을 이동시키는 홀더위치 조정 메커니즘을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 구성은 2심 광섬유가 광학렌즈에 결합되는 경우에 적합하다. 이러한 2심 광섬유는 각각 코어 및 클래딩으로 이루어진 심선이 하나의 관형의 덮개를 씌운 와이어로 덮인 상태에서 고정된다. 양 심선은 자신의 위치가 덮개를 씌운 와이어의 길이방향을 따라 이동될 수 있도록 덮개를 씌운 와이어의 내부에 고정된다.

이러한 2심 광섬유는 결합측의 단부에서 또한 단부를 제외한 위치에서 각 광섬유 홀더에 의해 고정된다. 이후, 광섬유의 단부가 제1 광섬유 홀더에 의해 느슨하게 고정되고(광섬유가 체결되지 않은 상태로) 이후 제1 및 제2 광섬유 홀더 중 어느 하나가 광섬유의 축으로부터 홀더를 벗어나는 방향으로 홀더위치 조정 메커니즘에 의해 이동될 때, 광섬유에 굴절이 발생한다. 이러한 굴절에 따라서, 두 심선의 단부 위치는 덮개를 씌운 와이어 내에서 이들의 위치관계에 따라 상대적으로 변하게 된다. 제1 및 제2 광섬유 홀더 중 어느 하나는 심선의 단부 위치가 서로 일치하도록 이러한 변화에 응하여 이동/조정되고, 이후 덮개를 씌운 와이어 내의 심선은 단부의 위치가 서로 똑바로 맞춰진 후 제1 광섬유 홀더를 체결함으로써 고정 된다. 이후, 광섬유는 광학렌즈의 결합부를 가열/연화시키고 이후 광섬유의 단부를 연화된 광학렌즈 내로 밀어냄으로써 광학렌즈에 결합된다.

본 발명의 제7 태양에 따른 본 발명의 제9 태양에 따르면, 상기 장치는 결합력 검사 메커니즘을 더 포함하고,

상기 결합력 검사 메커니즘은,

상기 광섬유 및 상기 광학렌즈를 잡아당기는 방향으로 상기 렌즈고정 메커니즘 및 상기 광섬유고정 메커니즘 중 하나 이상을 이동시켜 인장력을 공급하는 인장력 공급부; 및

상기 광학렌즈 및 상기 광섬유 사이의 결합상태를 그에 공급된 상기 인장력에 근거하여 검사하는 검사부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따라서, 광섬유가 광학렌즈에 결합된 후 광섬유를 광학렌즈로부터 분리시키기 위해 인장력이 가해진다. 따라서, 인장력이 소정값을 초과할 때, 광섬유는 충분한 결합력을 가지고 광학렌즈에 결합되었다고 이해된다. 또한, 인장력이 소정값을 넘지 못하면, 광섬유가 광학렌즈로부터 분리되는 불량한 결합상태가 발생한다고 이해된다.

본 발명의 제7 태양에 따른 본 발명의 제10 태양에 따르면, 상기 장치는 상기 결합력 검사 메커니즘으로부터 얻어진 정보에 따라서 상기 가열부에 의해 다시 가열을 수행하는 동작제어부를 더 포함하는 것이 보다 바람직하다.

이러한 구성에 따르면, 결합력 검사 메커니즘에 의해 결합이 불량하다고 판단되면, 가열부 및 가열위치 조정 메커니즘이 동작제어부에 의해 구동된다. 따라 서, 광학렌즈의 결합부는 소정 위치에서 다시 가열되고, 광섬유는 광학렌즈가 연화된 후 다시 한번 결합된다.

본 발명의 제7 태양에 따른 본 발명의 제11 태양에 따르면, 상기 장치는,

상기 광섬유 및 상기 광학렌즈를 결합하기 위해 상기 광학렌즈를 가열하기 전에, 결합부가 연화온도에 도달할 때까지, 상기 가열부에 의하여 상기 광섬유의 단부에 가열제어를 수행하는 가열제어부를 더 포함하는 것이 보다 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 광섬유의 결합단부가 미리 연화온도로 가열되기 때문에, 광섬유의 단부는 평평한 단면에서 곡면으로 변형될 수 있다. 따라서, 광섬유의 모서리 반사에 의한 복귀 광의 확산 반사가 생성될 수 있으며, 결합동작 후의 광특성 저하가 억제될 수 있다.

또한, 두 개의 정렬된 심선 일부가 2심 광섬유 내에서 용융되어 심선 사이의 공간으로 진입하기 때문에, 두 개의 와이어를 모세관 현상에 의해서 함께 붙일 수 있다.

본 발명의 제7 태양에 따른 본 발명의 제12 태양에 따르면, 상기 장치는,

상기 광학렌즈의 광축 방향으로 상기 렌즈 홀더 메커니즘과 상기 광학렌즈를 함께 구동시키는 렌즈 홀더 구동 메커니즘을 더 포함하는 것이 유리하다.

본 발명의 제8 태양에 따른 본 발명의 제13 태양에 따르면, 상기 장치는,

상기 제1 및 제2 광섬유 홀더를 경유하여 상기 광학렌즈에 대해 전후 방향으로 상기 광섬유를 이동시키는 광섬유 유도 메커니즘을 더 포함하는 것이 더욱 유리하다.

본 발명의 제9 태양에 따른 본 발명의 제14 태양에 따르면, 상기 인장력 공급부는 상기 렌즈고정 메커니즘 및 상기 광섬유고정 메커니즘 중 하나 이상을 선형 방향으로 이동시키기 위해 전기로 제어되는 액추에이터를 구비한다.

본 발명의 제15 태양에 따르면, 빔의 방사 및 입사를 수행하는데 사용되는 광학 모듈로서,

광섬유; 및

광학렌즈를 포함하고,

상기 광학 모듈은,

가열에 의해 상기 광학렌즈만을 연화시키는 단계; 및

상기 광섬유의 단부를 상기 광학렌즈의 결합부 내로 밀어내어 그로 인해 상기 광섬유를 상기 광학렌즈에 결합시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되고,

상기 광섬유의 연화점은 상기 광학렌즈의 연화점보다 높은, 광학 모듈이 제공된다.

본 발명의 제15 태양에 따른 본 발명의 제16 태양에 따르면, 상기 광섬유의 단부 및 상기 광학렌즈의 결합부는 서로에 대향하도록 배열되고,

상기 광학렌즈는 상기 광학렌즈의 결합부로부터 이격되어 상기 광섬유 측부로 위치한 열원에 의해 연화된다.

본 발명의 제16 태양에 따른 본 발명의 제17 태양에 따르면, 상기 열원은 아크방전이다.

본 발명의 제16 태양에 따른 본 발명의 제18 태양에 따르면, 상기 열원은 상 기 광섬유의 축의 반지름방향으로 상기 광섬유 및 상기 광학렌즈로부터 떨어지게 배치된다.

본 발명의 제15 태양에 따른 본 발명의 제19 태양에 따르면, 상기 광학 모듈은,

상기 광학렌즈를 연화시키기 전에 둥근 표면을 형성하도록 상기 광섬유의 단부를 연화시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다.

본 발명의 제15 태양에 따른 본 발명의 제20 태양에 따르면, 상기 광학 모듈은,

상기 광섬유 및 상기 광학렌즈를 잡아당기는 방향으로 서로 결합된 상기 광섬유 및 상기 광학렌즈 상에 인장력을 가하는 단계; 및

상기 광학렌즈 및 상기 광섬유 사이의 결합상태를 그에 가해진 상기 인장력에 근거하여 검사하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다.

실시예의 전체구성

이하, 본 발명의 실시예에 따른 광섬유(F) 및 광학렌즈(L)의 결합장치(10)가 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명된다. 도 1은 결합장치(10)의 구성을 보여주는 개략도이다.

여기서 결합장치(10)에 의해 결합되는 하나의 대상물인 광섬유(F)는 2심 광섬유이고, 코어와 클래딩으로 각각 이루어진 심선(F1)은 관형으로 덮개를 씌운 하나의 와이어(F)로 덮여서 고정된다. 양 심선(F1)은 덮개를 씌운 와이어(F)의 길이 방향을 따라 그 위치가 이동될 수 있도록 덮개를 씌운 와이어(F)의 내부에 고정된다. 이후, 광섬유(F) 내의 각 심선(F1)의 일단부면이 광학렌즈(L)에 대한 결합부 역할을 한다. 또한, 심선(F1)의 재료로서, 광섬유(F)는 가열에 의한 연화점이 대략 섭씨 1700도인 석영유리를 사용한다.

결합장치(10)에 의해 결합되는 다른 대상물인 광학렌즈(L)는 시준렌즈이고, 그 일단부면은 광섬유(F)에 대한 결합부 역할을 한다. 또한, 재료로서, 광학렌즈(L)는 가열에 의한 연화점이 대략 섭씨 400 내지 600도인 다성분 유리를 사용한다.

결합장치(10)는 광학렌즈(L)를 고정하기 위한 렌즈고정 메커니즘(20), 광섬유(F)를 고정하기 위한 광섬유고정 메커니즘(30), 광학렌즈(L)를 가열하기 위한 가열부(40), 고정부(40)의 목표 가열위치로부터 고정된 광학렌즈(L)의 결합부까지의 거리를 조정하기 위한 가열위치 조정 메커니즘(50), 광섬유(F)와 광학렌즈(L)를 분리시키는 방향으로 렌즈고정 메커니즘(20) 및 광섬유고정 메커니즘(30) 중 하나 이상을 경유하여 인장력을 공급하고 또한 이때 필요한 인장력에 따라서 광학렌즈(L) 및 광섬유(F) 사이의 결합상태를 검사하기 위한 결합력 검사 메커니즘(60), 및 상기 구조의 각 동작을 제어하기 위한 동작제어부(90)를 포함한다. 이후, 각 부분이 아래에서 설명될 것이다.

렌즈고정 메커니즘

렌즈고정 메커니즘(20)은 광학렌즈(L)를 고정하기 위한 렌즈 홀더(21), 및 소정의 일축방향으로 이동 가능하게 렌즈 홀더(21)를 지지하기 위한 렌즈측부 미끄 럼유도 메커니즘(22)을 포함한다.

렌즈 홀더(21)는 원통형 몸체를 중심선을 따라서 두 개로 나누어 얻어지는 형상을 각각 갖는 한 쌍의 고정 프레임(23), 및 각 고정 프레임(23)을 체결하는 체결 스크루(미도시)를 포함한다. 따라서, 광학렌즈(L)는 체결 나사를 조임으로써 고정 프레임(23) 사이에 놓여진다.

렌즈측부 미끄럼유도 메커니즘(22)은 결합장치(10)가 수평면에 설치된 상태에서 렌즈 홀더(21)를 하나의 수평축 방향으로 이동 가능하게 고정한다. 이때, 렌즈측부 미끄럼유도 메커니즘(22)은 렌즈 홀더(21)에 의해 고정된 광학렌즈(L)의 광축이 렌즈 홀더(21)가 이동될 수 있는 일축방향과 일치하도록 렌즈 홀더(21)를 고정한다. 다시 말해서, 광학렌즈(L)는 광축이 수평방향으로 유지된 상태에서 광축과 평행하게 이동하도록 렌즈고정 메커니즘(20)에 의해 고정된다.

결합력 검사 메커니즘

결합력 검사 메커니즘(60)은 고정된 광학렌즈(L)에 가해진 인장력을 감지하는 텐션 센서(61), 텐션 센서(61)를 경유하여 렌즈 홀더(21)에 연결된 이동부재(62), 광학렌즈(L)가 광섬유(F)로부터 떨어지게 하는 방향으로 이동부재(62)에 이동력을 공급하는 구동원인 구동모터(63), 및 구동모터(63)의 회전구동력을 이동부재(62)에 가해지는 이동력으로 변환하기 위한 볼 스크루(64)를 포함한다.

텐션 센서(61)는 렌즈 홀더(21)와 이동부재(62) 사이의 미소변위를 감지하고, 이 변위를 동작제어부(90)로 출력한다. 이후, 동작제어부(90)는 감지된 변위 에 근거하여 렌즈 홀더(21)와 이동부재(62) 사이의 인장력을 계산할 수 있다.

구동모터(63)는 회전구동축의 중심선이 렌즈 홀더(21)의 이동방향과 일치하도록 배치된다. 회전구동축은 볼 스크루(64)의 나사축과 결합된다. 이후, 볼 스크루(64)는 이동부재(62)와 맞물려 구동모터(63)의 회전구동에 의해 이동부재(62)를 자신의 중심선 방향을 따라 이동시킨다. 다시 말해서, 구동모터(63)의 구동은 이동부재(62)가 볼 스크루(64)를 경유하여 렌즈 홀더(21)로부터 멀리 이동하게 하고, 결과적으로 인장력은 광학렌즈(L)가 광섬유(F)로부터 멀리 떨어지는 방향으로 가해질 수 있다.

광섬유고정 메커니즘

광섬유고정 메커니즘(30)은 결합부 측면상의 단부면에 인접한 광섬유(F)의 심선(F1)의 소정 부분을 고정시키기 위한 제1 광섬유 홀더(31), 결합부를 제외한 위치에서 광섬유(F)를 고정하기 위한 제2 광섬유 홀더(32), 제2 광섬유 홀더(32)가 광섬유(F)의 축으로부터 이탈되는 방향으로 제2 광섬유 홀더(32)를 이동시키기 위한 홀더위치 조정 메커니즘(33), 및 광섬유(F)가 광학렌즈(L)에 도달하고 멀어지는 방향으로 제1 및 제2 광섬유 홀더(31)(32)를 경유하여 광섬유(F)를 이동시키기 위한 광섬유측부 미끄럼유도 메커니즘(34)을 포함한다.

도 2는 제1 광섬유 홀더(31)가 광섬유(F)의 중심선과 일치되는 방향을 따라서 보여지는 상태를 도시하는 부분확대도이다. 다시 말해서, 광섬유고정 메커니즘(30)은 광섬유(F)의 전체적인 방향이 상술한 것처럼 고정된 광학렌즈(L)의 광축과 평행하게 수평으로 고정되는 방식으로 제1 광섬유 홀더(31) 및 제2 광섬유 홀더(32)에 의해 광섬유(F)를 고정한다.

도 2에 도시된 것처럼, 제1 광섬유 홀더(31)는 수직방향 및 수평방향(고정 상태에 있는 광학렌즈(L)의 광축을 따른 방향)을 따라서 광섬유고정 간극을 형성하기 위한 프레임 부재(31a)(31b), 및 프레임 부재(31a)(31b) 사이의 간극 거리를 조정하기 위한 체결 스크루(31c)를 포함한다. 이와 같이 구성된 제1 광섬유 홀더(31)에서, 광섬유(F)의 두 개의 심선(F1)은 프레임 부재(31a)(31b) 사이의 간극으로 삽입되어 수직으로 정렬되고, 이후 심선(F1)의 단부면의 정렬은 두 심선(F1)이 느슨하게 고정된 상태로(각 심선(F1)의 위치가 자신의 길이방향으로 조정될 수 있는 상태로) 수행되고, 그리고 이후 심선(F1)은 정렬 후 이동하지 않도록 체결 스크루(31c)에 의해 고정된다. 이후, 광학렌즈(L)에 대한 결합동작이 이러한 상태에서 수행된다.

광섬유(F)의 덮개를 씌운 와이어(F2)가 관통하는 관통홀이 고정된 상태의 광학렌즈(L)의 광축과 평행하게 제2 광섬유 홀더(32)에 형성된다. 따라서, 제2 광섬유 홀더(32)는 광섬유(F)가 관통 방향을 따라 이동될 수 있는 상태로 광섬유(F)를 고정한다.

홀더위치 조정 메커니즘(33)은 제2 광섬유 홀더(32)가 수직 방향으로 이동되어 위치될 수 있도록 제2 광섬유 홀더(32)를 지지하는 슬라이더 메커니즘이다. 홀더위치 조정 메커니즘(33) 내에서 광섬유(F)의 이동방향은 광섬유(F)의 길이방향과 일치하지 않는 어떤 방향으로도 설정될 수 있다. 그러나 제1 광섬유 홀더(31)에 의한 두 개의 심선(F1)의 정렬방향은 광섬유(F)의 이동방향과 일치하도록 설정되는 것이 바람직하다.

도 3은 홀더위치 조정 메커니즘(33)에 의한 광섬유(F)의 각 심선(F1)의 상단부면 사이의 정렬동작을 도시하는 설명도이다.

도 3A에 도시된 것처럼, 하부 코어 와이어(F1)가 광학렌즈(L) 측부를 향해서 돌출된 경우(이점쇄선으로 도시됨), 하부 코어 와이어(F1)는 제2 광섬유 홀더(32)가 상부로 이동될 때 뒤로 당겨진다. 또한, 도 3B에 도시된 것처럼, 상부 코어 와이어(F1)가 광학렌즈(L) 측부를 향해서 돌출된 경우(이점쇄선으로 도시됨), 상부 코어 와이어(F1)는 제2 광섬유 홀더(32)가 하부로 이동될 때 뒤로 당겨진다.

그러므로, 두 개의 심선(F1)의 상단부면의 위치는 제2 광섬유 홀더(32)를 적절한 높이에 위치시킴으로써 서로 일치될 수 있다.

이 경우, 광섬유(F)의 심선(F1)이 미세하기 때문에, 각 심선(F1)의 상단부면의 위치의 이미지를 촬영하는 카메라(11)가 제공된다. 이후, 확대되어 표시되는 촬영 이미지를 보면서 상단부 위치의 정렬이 수행된다.

또한, 제2 광섬유 홀더(32)는 홀더위치 조정 메커니즘(33)에 의해 수직 방향으로 이동 가능하게 지지된다. 그러나 제1 광섬유 홀더(31)가 수직 방향으로 이동 가능하게 지지될 수 있거나, 또는 두 개의 광섬유 홀더(31)(32)는 수직 방향으로 이동 가능하게 지지될 수 있다. 다시 말해서, 제2 광섬유 홀더(32)는 제1 광섬유 홀더(31)에 대해서 돌출된 심선(F1)의 반대 방향으로 상대적으로 이동될 수 있다.

광섬유측부 미끄럼유도 메커니즘(34)은 제1 광섬유 홀더(31) 및 제2 광섬유 홀더(32)를 고정하기 위한 슬라이더(35), 및 수평 방향(고정된 광학렌즈(L)의 광축 방향)을 따라서 슬라이더(35)를 구동하여 위치시키는 길이방향 이동 메커니즘(36)을 구비한다.

상술한 것처럼, 광학렌즈(L)는 심선(F1)의 상단부가 완전히 맞춰진 상태에서 제1 광섬유 홀더(31)에 체결되고, 이후 모든 광섬유(F)는 광섬유(F)가 광섬유 홀더(31)(32)에 의해 지지되는 상태에서 수평 방향으로 슬라이더(35)에 의해 이동되어 위치를 조정한다.

다시 말해서, 길이방향 이동 메커니즘(36)의 동작은 동작제어부(90)에 의해서 제어된다. 따라서, 광섬유(F)는 후술하는 것처럼 광섬유(F)의 심선(F1)의 곡면이 형성될 때 가열위치에 위치하거나, 또는 광섬유(F)는 심선이 광학렌즈(L) 내로 밀릴 때 소정의 밀림 위치로 이동되어 위치하게 된다.

가열부 및 가열위치 조정 메커니즘

가열부(40)는 소위 아크 용접을 수행하도록 구성된다. 가열부(40)는 상단부가 서로 대향하도록 수직 방향로 배열되는 한 쌍의 아크방전 전극, 및 방전전류를 공급하기 위한 전류공급회로(미도시)를 구비한다.

또한, 가열위치 조정 메커니즘(50)은 한 쌍의 아크방전 전극을 고정하기 위한 프레임 부재(51), 및 프레임 부재(51)를 수평 방향(고정된 광학렌즈(L)의 광축을 따르는 방향)으로 이동시켜 위치시키는 이동 메커니즘(52)을 구비한다.

한 쌍의 아크방전 전극 서로의 상단부는 광섬유(F)가 배열되는 범위 내의 거 리만큼 이격되고, 전극 서로의 상단부 사이의 위치는 목표 가열위치가 된다. 이후, 아크방전 전극은 전극의 상단부 사이의 간극이 고정된 광섬유(F)와 동일한 높이에 유지되도록 가열위치 조정 메커니즘(50)에 의해 고정된다.

가열위치 조정 메커니즘(50)은 한 쌍의 아크방전 전극을 서로 마주보는 상태로 유지하면서 고정시키는 프레임 부재(51)를 이동 메커니즘(52)에 의해 수평 방향으로 이동시켜 위치하게 한다. 따라서, 광학렌즈(L)의 결합부로부터의 목표 가열위치의 이격 간극이 조정될 수 있고, 광학렌즈(L)의 결합부에 가해지는 열량이 아크방전 전극에 공급되는 전류값을 일정하게 유지하면서 조정될 수 있다. 이 경우, 프레임 부재(51)를 경유하여 이동 메커니즘(52)으로 아크방전 전극을 이동 및 위치조정하는 것은 동작제어부(90)에 의해 제어될 수 있다.

결합장치를 위한 제어시스템

도 4는 광섬유와 광학렌즈의 결합장치(10)의 제어시스템을 도시하는 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 동작제어부(90)는 적어도 소정의 제어 프로그램에 따라 다양한 처리 및 제어를 수행하는 CPU(91), 다양한 처리 및 제어를 실행하는데 사용되는 프로그램 및 다양한 처리 및 제어에 필요한 데이터를 저장하는 시스템 ROM(92), 다양한 처리를 위한 작업영역으로 기능하기 위해 다양한 데이터를 저장하는 RAM(93), 및 CPU(91) 및 다양한 장치를 연결하기 위한 I/F(인터페이스)(미도시)를 구비한다. 이후, 다양한 설정 및 동작명령을 입력하기 위해 사용되는 콘솔 패널(94)이 I/F를 경유하여 텐션 센서(61), 카메라(11), 구동 모터(63), 길이방 향 이동 메커니즘(36), 가열부(40), 및 이동 메커니즘(52)에 연결된다.

ROM(92)에 저장된 프로그램에 따라서, CPU(91)는 구동 모터(63)를 구동하여 광섬유(F) 및 광학렌즈(L)가 결합된 후 서로로부터 떨어지게 하고, 또한 텐션 센서(61)에 의해서 이때 감지된 인장 하중에 근거하여 결합력을 판단하도록 동작제어를 수행한다.

또한, ROM(92)에 저장된 프로그램에 따라서, CPU(91)는 결합 후에 광섬유(F) 및 광학렌즈(L)에 인장력을 가하고, 이후 텐션 센서(61)에 의해 감지된 인장 하중이 소정 값을 만족하지 못할 때 광섬유(F) 및 광학렌즈(L) 사이의 거리 변화가 소정 값을 초과하는지 아닌지에 따라서 결합력을 다시 판단하도록 동작제어를 수행한다.

더욱이, ROM(92)에 저장된 프로그램에 따라서, CPU(91)는 결합 후에 광섬유(F) 및 광학렌즈(L)에 인장력을 가하고, 이후 감지된 인장 하중이 거의 0이 되는지 또는 광섬유(F) 및 광학렌즈(L) 사이의 간격이 소정 값에 도달하는지 아닌지에 따라서 결합력을 다시 판단하도록 동작제어를 수행한다.

게다가, ROM(92)에 저장된 프로그램에 따라서, CPU(91)는 판단 결과 결합상태가 양호하지 않은 경우 결합 동작을 다시 수행하도록 동작제어를 실행한다. 또한, CPU(91)는 ROM(92)에 저장된 프로그램에 따라서, 소정 횟수만큼 상술한 재결합 동작을 반복하도록 동작제어를 수행한다.

또한, ROM(92)에 저장된 프로그램에 따라서, CPU(91)는 결합동작 이전에 광섬유(F)의 상단부를 연화점까지 가열하도록 가열부(40)에 제어신호를 보낸다. 다 시 말해서, 소정 프고르램을 실행하는 CPU(91)는 가열제어부로서 기능할 수 있다.

또한, ROM(92)에 저장된 프로그램에 따라서, CPU(91)는 상술한 광섬유(F)가 가열된 후 상단부 형상의 구부러짐 특성을 판단하고, 이후 상단부 형상이 곡면이라고 판단되지 않을 때 가열동작을 다시 실행하도록 동작제어를 수행한다. 또한, CPU(91)는 ROM(92)에 저장된 프로그램에 따라서, 소정 횟수만큼 상술한 재결합 동작을 반복하도록 동작제어를 수행한다.

결합장치의 동작 설명

광섬유(F) 및 광학렌즈(L)의 결합동작은 아래에서 도 5 및 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 도 5 및 도 6은 결합장치(10)의 동작을 보여주는 순서도이다.

먼저, 광학렌즈(L)는 수작업에 의해 렌즈고정 메커니즘(20) 내에 셋팅되고, 또한 광섬유(F)는 수작업에 의해 광섬유고정 메커니즘(30) 내에 셋팅된다(단계 S1). 다시 말해서, 광학렌즈(L)는 고정 프레임(23)을 조임으로써 끼워맞춤되고, 또한 광섬유(F)는 광섬유 홀더(31)(32) 내에 광섬유를 삽입함으로써 끼워맞춤된다.

이때, 광섬유(F)의 심선(F1)의 각 상단부가 바르게 맞춰진다. 보다 구체적으로, 제2 광섬유 홀더(32)는 카메라(11)로 촬영된 확대 이미지를 모니터링하면서 상하로 이동되고, 이후 제2 광섬유 홀더(32)는 광섬유의 상단부 위치를 똑바로 맞추도록 위치가 정해진다. 이후, 두 개의 심선(F1)이 제1 광섬유 홀더(31)에 의해 체결/고정된다.

이후, 콘솔 패널(94)에 제공된 시작 스위치에 의해 동작 시작이 입력되면, 스토퍼가 해제되고 또한 렌즈 홀더(21)는 광섬유(F)의 반대측 상에서 구동 모터(63)에 의해 회수하는 방향으로 뒤로 당겨진다(단계 S2).

반면에, 동작제어부(90)는 가열부(40)의 목표 가열위치가 광섬유(F)의 심선(F1)의 상단부 위치와 정렬되도록 길이방향 이동 메커니즘(36) 및 이동 메커니즘(52)을 제어하여 이들을 이동/위치시킨다(단계 S3). 보다 구체적으로, 동작제어부(90)는 카메라(11)가 아크방전 전극과 광섬유(F)의 심선(F1)의 상단부의 이미지를 촬영하고 촬영된 이미지를 처리하도록 하고, 이후 목표 가열위치가 심선(F1)의 상단부 위치와 일치하도록 위치정렬 제어신호를 길이방향 이동 메커니즘(36) 및 이동 메커니즘(52)에 제공한다.

광섬유(F)의 위치가 정해진 후, 광섬유를 석영유리의 연화점까지 가열할 수 있는 고출력 가열부(40)에 의해서 아크방전이 수행된다(단계 S4). 아크방전은 둥근 표면을 얻기 위해서 광섬유의 단부를 연화점까지 가열한다.

이후, 카메라(11)는 심선(F1)의 상단부의 이미지를 촬영한다. 동작제어부(90)는 촬영된 이미지의 이미지 처리를 수행하고, 측면에서 보이는 심선(F1) 상단부 표면의 형상이 곡면인지 아닌지를 판단한다(단계 S5).

결과적으로, 하나 이상의 심선(F1)이 소정의 평면도를 유지한다면, 소정 횟수의 반복(n)이 확인된다(단계 S6). n이 0이 아닌 경우, 횟수 1은 1만큼 감소된다(단계 S7). 이후, 공정은 아크 방전이 가열부(40)에 의해 심선(F1)으로 다시 공급되는 단계 S4로 되돌아간다. 이와 다르게, n=0이 이미 된 경우, 아크 방전이 n번만큼 반복적으로 공급되었다고 판단하고, 따라서 비정상 종료공정이 수행된다. 이 때, 통지부 또는 표시부를 제공하여 작업자에게 동작이 오류에 의해 종료되었다고 알리는 공정이 수행될 수 있다.

이와 다르게, 단계 S5에서, 광섬유(F)의 심선(F1)의 상단부면의 형상이 곡면이라고 판단된 경우, 아크방전 전극은 소정의 거리만큼 광학렌즈(L)로부터 멀리 떨어지도록 이동 메커니즘(52)에 의해 이동된다(단계 S8).

이후, 렌즈 홀더(21)는 구동 모터(63)에 의해 광섬유(F) 측부를 향해서 이동된다. 이때, 카메라(11)는 심선(F1)과 아크방전 전극의 상단부의 이미지를 촬영하고, 동작제어부(90)는 광학렌즈(L)의 결합부가 심선(F1)의 상단부와 접촉하도록 이미지 처리에 근거하여 구동 모터(63)를 구동하게 한다(단계 S9).

이후, 광학렌즈(L)의 위치가 결정되면, 아크방전 전극이 소정 거리만큼 광학렌즈(L)로부터 분리되는 목표 가열위치에서 아크방전이 수행된다(단계 S10). 가열 출력이 장치의 방전이 가능한 최하 출력으로 억제되더라도 아크방전 전극의 가열 출력이 광학렌즈(L)의 연화점을 상당히 초과하기 때문에, 가열온도는 목표 가열위치를 분리시킴으로써 조정되어 거리를 제어하게 된다. 따라서, 광학렌즈(L)는 적절히 연화될 수 있다.

이후, 광섬유(F)의 심선(F1)은 길이방향 이동 메커니즘(36)에 의해서 광학렌즈(L) 측부를 향해서 이동된다. 따라서, 심선(F1)은 광학렌즈(L)의 결합부 내로 밀리고, 이후 심선(F1)은 광학렌즈(L)의 냉각과 함께 조여지고, 결과적으로 광섬유(F)는 광학렌즈(L)에 결합된다(단계 S11).

결합동작이 완료된 후, 광섬유(F)와 광학렌즈(L) 사이의 결합력을 검사한다. 다시 말해서, 구동 모터(63)는 광섬유(F)로부터 광학렌즈(L)를 떼어내도록 구동된다(단계 S12). 텐션 센서(61)의 출력이 이러한 구동 동안에 소정 하중을 초과한다면(단계 S13), 구동 모터(63)의 구동이 멈춰지고 렌즈 홀더(21)의 위치가 유지된다(단계 S14). 이후, 상기 장치는 소정 시간동안 그 위치에 고정된다(단계 S15). 이후, 구동 모터(63)는 반대 방향으로 구동되고, 렌즈 홀더(21)는 원위치로 되돌아간다(단계 S16). 따라서, 결합동작은 완료된다.

이와 다르게, 단계 S13에서, 텐션 센서(61)의 출력이 소정의 하중 또는 그 이상에 도달하지 않으면, 구동 모터(63)의 구동량에 근거하여 렌즈 홀더(21)가 소정 거리만큼 이동되었는지를 판단한다(단계 S17). 렌즈 홀더(21)가 이동되지 않았다면, 공정은 구동 모터(63)의 구동이 여전히 지속되는 단계 S13으로 진행된다.

또한, 렌즈 홀더(21)가 소정 거리만큼 이동되었다면, 텐션 센서(61)의 출력을 확인하여 하중이 거의 0과 같은지를 다시 판단한다(단계 S18).

하중이 0과 같거나 가까운 경우, 광섬유(F)가 광학렌즈(L)로부터 떨어졌다고 판단하고, 이후 비정상 종료 공정이 수행된다. 이때, 통지부 또는 표시부를 제공함으로써 동작이 오류에 의해 종료된 사실을 작업자에게 알리는 공정이 수행될 수 있다.

이후, 하중이 0에 같거나 근접하지 않은 경우, 반복 횟수(m)가 0과 같은지를 확인한다(단계 S19). 이후, 횟수(m)가 0이 아니라면, 횟수(m)는 1만큼 감소된다(단계 S20). 이후, 구동 모터(63)는 반대 방향으로 구동되고, 이후 렌즈 홀더(21)는 원위치로 돌아가고(단계 S21), 또한 이후 가열부(40)에 의해 아크방전이 수행된 다(단계 S22). 이후, 공정은 광섬유(F)가 광학렌즈(L) 내로 밀리는 단계 S11로 되돌아간다. 횟수 m=0이 이미 달성되었다면, 아크 방전이 횟수(m)만큼 반복되었다고 판단하고 비정상 종료공정이 수행된다.

실시예의 장점

상기 구성을 갖는 결합장치(10)는 광섬유(F)를 연화된 광학렌즈(L) 내로 밀어서 상호결합을 할 수 있으므로, 접착제가 생략될 수 있고 또한 온도 상승에 의한 광학특성의 열화를 피할 수 있다.

또한, 광학렌즈(L)가 단지 연화점으로 가열되므로, 상호 결합은 연화점보다 더 높은 온도로 광섬유(F)를 가열하지 않고도 달성될 수 있고 또한 전력소비를 감소할 수 있다.

또한, 접착제가 필요하지 않으므로, 접착제를 위한 가장자리가 생략될 수 있고, 광섬유(F)를 고정하기 위한 모세관 등과 같은 가이드가 생략될 수 있고, 가이드와 함께 광섬유의 단부면을 연마하는 동작을 무시할 수 있다. 결과적으로, 부품 개수 및 작업 공정수 감소로 인해 비용성능 및 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 광섬유(F)를 연화된 광학렌즈(L) 내로 밀어서 결합을 달성할 수 있으므로, 광섬유(F)와 광학렌즈(L) 사이에 공간이 형성되지 않는다. 그러므로, 이물질의 유입을 피할 수 있으며 광특성이 높게 유지될 수 있다.

또한, 간극 공간을 유지하는 구조가 생략될 수 있고 또한 단부면의 반사방지막이 생략될 수 있으므로, 더 적은 비용 및 더 작은 크기를 얻을 수 있다.

더욱이, 광섬유(F)와 광학렌즈(L)를 결합시키기 위해 모두 용융하는 방법과는 달리, 광섬유(F)와 광학렌즈(L)는 상호간의 연화온도의 차이에 관계없이 결합될 수 있다.

또한, 광학렌즈(L)의 선형팽창계수가 광섬유(F)보다 크기 때문에, 밀려들어간 광섬유(F)는 둘레로부터 광학렌즈(L)에 의해 조여지고 따라서 결합력이 향상될 수 있다.

또한, 결합장치(10)가 아크방전의 목표 가열위치로부터 광학렌즈(L)의 결합부까지의 거리에 따라서 열량을 조정하기 때문에, 아크방전의 출력 강도를 조정하기 위한 회로가 생략되거나 단순화될 수 있고, 따라서 전체적인 장치가 단순화되고 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 결합장치(10)가 두 개의 광섬유 홀더(31)(32)의 상호 위치를 조정하여 2심 광섬유의 심선의 단부면을 바르게 맞추기 때문에, 연마공정이 생략될 수 있고 단순한 동작으로 바르게 맞추는 공정을 수행할 수 있다. 그러므로, 작업성이 향상될 수 있고 가이드 등이 생략될 수 있고 따라서 가격절감을 달성할 수 있다.

더욱이, 결합장치(10)는 광학렌즈(L)와 광섬유(F) 사이에 인장력을 가하고 인장력을 감지하기 위한 결합력 검사 메커니즘(60)을 구비하고, 또한 동작제어부(90)는 감지된 인장력에 근거하여 광학렌즈(L)와 광섬유(F) 사이의 결합상태를 검사한다. 그러므로, 불량한 결합을 쉽게 발견할 수 있다.

또한, 동작제어부(90)는 가열부(40)가 다시 가열하도록 결합력 검사 메커니즘에 의해 수행된 불량 결합 판단에 근거하여 동작제어를 실행한다. 그러므로, 광 학렌즈(L)와 광섬유(F) 사이의 결합동작 신뢰성이 향상될 수 있다.

더욱이, 동작제어부(90)는 결합동작 전에 광섬유(F)의 결합단부를 연화온도까지 가열하기 위해 동작제어를 수행하므로, 광섬유(F)의 심선(F1)의 단부는 곡면 등으로 변형될 수 있다. 따라서, 광섬유(F)의 모서리 반사에 의한 복귀 광(return light)의 확산 반사가 생성될 수 있으며, 결합동작 후의 광특성 저하가 억제될 수 있다. 또한, 두 개의 정렬된 심선(F1) 일부가 가열에 의해 용융되어 심선 사이의 공간으로 진입하기 때문에, 두 개의 와이어를 모세관 현상에 의해서 함께 붙일 수 있다. 그러므로, 두 개의 심선은 정렬된 상태로 유지될 수 있고, 광섬유의 단부 직경 감소를 달성할 수 있다.

광섬유(F)의 두 심선(F1) 상단부를 바르게 맞추는 공정은 홀더위치 조정 메커니즘(33)에 수직하게 제2 광섬유 홀더(32)를 이동시키기 위한 구동원으로서 구동 모터를 제공하고 이후 동작제어부(90)에 의해 구동 모터를 제어함으로써 수행될 수 있다. 다시 말해서, 동작제어부(90)는 카메라(11)로 촬영된 이미지에 근거하여 이미지 처리를 수행함으로써 일치하지 않는 상태를 식별할 수 있고, 이후 심선(F1) 중 어느 것이 돌출하는지에 따라서 구동 모터의 전방 또는 후방 구동방향을 판단하고 양단부면이 서로와 일치할 때까지 제2 광섬유 홀더(32)를 이동하도록 제어를 수행할 수 있다.

상술한 결합력 검사 메커니즘(60)에서, 구동 모터(63)는 광섬유(F)와 광학렌즈(L) 사이에 인장력을 가하기 위한 구동원으로서 사용된다. 이 경우, 적용될 인장력이 이미 알려져 있다면, 자기력을 이용하는 솔레노이드 등, 유압, 수압 등을 이용하는 액추에이터가 구동 모터(63) 대신 사용될 수 있다. 결과적으로, 메커니즘 부분은 단순화될 수 있고 또한 크기 및 비용 감소 및 생산성 향상을 얻을 수 있다.

비록 앞에서는 본 발명의 바람직한 실시예들과 연계하여 설명되었지만, 본 발명을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화나 변경이 가능함은 당업자에게 자명한 것이며, 그러므로 본 발명의 진실한 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변화 및 변경은 첨부된 청구항 내에 포함되는 것이다.

본 발명의 제1 태양에 제시된 발명에서, 광섬유를 연화된 광학렌즈 내로 밀어서 상호 결합이 수행되므로, 접착제가 생략되고 또한 온도상승에 의한 광특성 열화를 피할 수 있다.

또한, 광학렌즈가 단지 연화점까지만 가열되기 때문에, 광섬유는 광섬유의 연화점보다 높은 온도로 가열될 수 없으며 또한 가열 출력을 감소할 수 있다.

또한, 광섬유의 끝단에서 변형이 야기되지 않으므로, 설계된 것과 같은 광섬유의 광특성을 유지할 수 있다.

또한, 접착제가 요구되지 않으므로, 접착제를 위한 가장자리가 생략될 수 있고, 광섬유(F)를 고정하기 위한 모세관 등과 같은 가이드가 생략될 수 있고, 또한 가이드와 함께 광섬유의 단부표면을 연마하는 동작이 무시될 수 있다. 결과적으로, 부품 개수 및 작업공정수 감소 때문에 비용성능 및 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 광섬유를 연화된 광학렌즈 내로 미는 방법이 사용되므로, 광섬유와 광 학렌즈 사이에 공간이 형성되지 않는다. 그러므로, 이물질의 유입을 피할 수 있고 광특성이 높게 유지될 수 있다.

또한, 간극 공간을 유지하는 구조가 생략될 수 있고 또한 단부면의 반사방지막이 생략될 수 있으므로, 더 적은 비용 및 더 작은 크기를 얻을 수 있다.

더욱이, 광섬유(F)와 광학렌즈를 결합시키기 위해 모두 용융하는 방법과는 달리, 광섬유와 광학렌즈는 상호간의 연화온도의 차이에 관계없이 결합될 수 있다.

또한, 광학렌즈의 선형팽창계수가 광섬유보다 크기 때문에, 밀려들어간 광섬유는 둘레로부터 광학렌즈에 의해 조여지고 따라서 결합력이 향상될 수 있다.

본 발명에 따르면, 아크방전에 의한 가열위치가 광학렌즈의 결합부로부터 떨어지기 때문에, 광학렌즈의 결합부는 이격된 거리에 따른 온도로 가열될 수 있다. 그러므로, 방출 등에 의해 출력을 조정하는 장치가 생략될 수 있고, 광학렌즈의 가열온도는 단순하게 조정될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 제7 태양에 따르면, 가열부의 목표 가열위치가 가열위치 조정부에 의해 조정될 수 있으므로, 광학렌즈의 결합부의 가열온도는 이격된 거리에 따라서 조정될 수 있다. 그러므로, 결합 장치에 의해서 단지 광학렌즈의 결합부만이 연화시키기 위해 가열될 수 있으며, 광섬유 및 광학렌즈의 결합동작은 이러한 가열 후 광섬유의 단부를 광학렌즈의 결합부 내로 밀어냄으로써 쉽게 수행될 수 있다.

또한, 결합제가 필요하지 않으므로, 본 발명의 제1 태양과 동일한 효과를 달성할 수 있다.

또한, 광학렌즈가 단지 연화점까지 가열되므로, 광섬유는 광섬유의 연화점보다 높은 온도로 가열될 수 없으며 또한 가열출력 감소를 달성할 수 있다.

또한, 광섬유의 끝단에서 변형이 야기되지 않으므로, 설계된 광섬유의 광특성이 유지될 수 있다.

또한, 광학렌즈의 선형팽장계수가 광섬유보다 더 크기 때문에, 밀려들어간 광섬유는 둘레로부터 광학렌즈에 의해 조여지고, 따라서 결합력이 향상될 수 있다.

본 발명의 제8 태양에서, 2심 광섬유의 심선 단부면이 두 개의 광섬유홀더의 위치를 조정함으로써 바르게 맞춰지기 때문에, 연마공정이 생략될 수 있고 단순한 동작에 의해 바르게 맞추는 작업이 수행될 수 있다. 그러므로, 작업성이 향상될 수 있으며 가이드 등이 생략될 수 있고, 따라서 비용 절감을 달성할 수 있다.

본 발명의 제9 태양에서, 광학렌즈와 광섬유 사이에 공급된 인장력에 근거하여 광학렌즈와 광섬유 사이의 결합상태를 검사하기 위한 결합력 검사 메커니즘이 제공된다. 그러므로, 불량한 결합이 쉽게 발견될 수 있다.

본 발명의 제10 태양에서, 결합력 검사 메커니즘에 의해 수행된 불량 결합 판단에 근거하여 가열부가 광학렌즈를 다시 가열하게 하는 동작제어부가 제공된다. 그러므로, 광학렌즈와 광섬유 사이의 결합동작 신뢰도가 향상될 수 있다.

본 발명의 제11 태양에서, 광섬유의 결합단부가 미리 연화온도로 가열되기 때문에, 광섬유의 단부는 곡면으로 변형될 수 있다. 따라서, 광섬유의 모서리 반사에 의한 복귀 광의 확산 반사가 생성될 수 있으며, 결합동작 후의 광특성 저하가 억제될 수 있다.

또한, 두 개의 정렬된 심선 일부가 2심 광섬유 내에서 용융되어 심선 사이의 공간으로 진입하기 때문에, 두 개의 와이어를 모세관 현상에 의해서 함께 붙일 수 있다. 그러므로, 두 개의 심선은 정렬된 상태로 유지될 수 있고, 또한 광섬유의 단부 직경 감소를 달성할 수 있다.

Claims (20)

1. 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법으로서,

   상기 광학렌즈의 연화점 이상에서 상기 광섬유의 연화점 이하의 온도로 광학렌즈의 결합부와 광섬유를 동시에 가열하거나, 광학렌즈의 결합부만을 가열하여 상기 광학렌즈만을 가열에 의해 연화시키는 단계;와

   상기 광섬유의 단부를 상기 연화된 광학렌즈의 결합부 내로 밀어넣어 상기 광섬유의 단부가 상기 광학렌즈의 결합부 내에 잠기게 하는 단계;와,

   상기 광섬유의 단부가 그 단부의 둘레 영역에서 상기 광학렌즈에 의해서 고정되도록 하고, 그로 인해 상기 광섬유를 상기 광학렌즈에 결합시키는 단계를 포함하되,

   상기 광섬유의 연화점은 상기 광학렌즈의 연화점보다 높은 것을 특징으로 하는 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광섬유의 단부 및 상기 광학렌즈의 결합부는 서로에 대향하도록 배열하고,

   상기 광학렌즈의 결합부로부터 상기 광섬유 측으로 이격된 곳에 위치하는 열원에 의해 상기 광학렌즈를 연화시키는, 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 열원은 아크방전인, 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 열원은 상기 광섬유의 축의 반지름방향으로 상기 광섬유 및 상기 광학 렌즈로부터 떨어지게 배치되는, 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 광학렌즈를 연화시키기 전에 둥근 표면을 형성하도록 상기 광섬유의 단부를 연화시키는 단계를 더 포함하는, 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 광섬유 및 상기 광학렌즈를 잡아당기는 방향으로 서로 결합된 상기 광섬유 및 상기 광학렌즈 상에 인장력을 가하는 단계; 및

   상기 광학렌즈 및 상기 광섬유 사이의 결합상태를 그에 가해진 상기 인장력에 근거하여 검사하는 단계를 더 포함하는, 광섬유를 광학렌즈와 결합하는 방법.
7. 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치로서,

   상기 광학렌즈를 고정하기 위한 렌즈고정 메커니즘;

   상기 광섬유를 고정하기 위한 광섬유고정 메커니즘;

   상기 광섬유를 이동시키기 위한 길이방향 이동 메커니즘;

   상기 광학렌즈의 연화점 이상에서 상기 광섬유의 연화점 이하의 온도로 광학렌즈의 결합부와 광섬유를 동시에 가열하거나, 광학렌즈의 결합부만을 가열하는 가열부; 및

   목표 가열위치와 상기 고정된 광섬유의 결합부 사이의 거리를 조정하는 가열위치 조정 메커니즘을 포함하되,

   상기 광섬유의 연화점은 상기 광학렌즈의 연화점보다 높고,

   상기 렌즈고정 메커니즘 및 상기 광섬유고정 메커니즘은 상기 광학렌즈의 결합부 및 상기 광섬유의 결합부가 서로에 대해 대향하는 방식으로 배열되며,

   길이방향 이동 메커니즘은 상기 광섬유의 단부를 상기 연화된 광학렌즈의 결합부 내로 밀어넣어 상기 광섬유의 단부가 상기 광학렌즈의 결합부 내에 잠기게 해서는 상기 광섬유의 단부가 그 단부의 둘레 영역에서 상기 광학렌즈에 의하여 고정되도록 하기 위해서 광섬유를 광학렌즈 방향으로 이동시킴으로써 광섬유를 광학렌즈에 결합시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 광섬유고정 메커니즘은,

   상기 광섬유의 결합부로서 단부에 가까운 영역에 상기 광섬유를 고정하고, 상기 광섬유를 죄거나 풀 수 있는, 제1 광섬유 홀더;

   상기 결합부 이외의 영역에서 상기 광섬유를 고정하는 제2 광섬유 홀더; 및

   상기 광섬유의 축으로부터 이탈되는 방향으로 상기 제1 광섬유 홀더 및 상기 제2 광섬유 홀더 중 하나 이상을 이동시키는 홀더위치 조정 메커니즘을 포함하는, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치.
9. 제 7항에 있어서,

   결합력 검사 메커니즘을 더 포함하고,

   상기 결합력 검사 메커니즘은,

   상기 광섬유 및 상기 광학렌즈를 잡아당기는 방향으로 상기 렌즈고정 메커니즘 및 상기 광섬유고정 메커니즘 중 하나 이상을 이동시켜 인장력을 공급하는 인장력 공급부; 및

   상기 광학렌즈 및 상기 광섬유 사이의 결합상태를 그에 공급된 상기 인장력에 근거하여 검사하는 검사부를 포함하는, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 결합력 검사 메커니즘으로부터 얻어진 정보에 따라서 상기 가열부에 의해 다시 가열을 수행하는 동작제어부를 더 포함하는, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 광섬유 및 상기 광학렌즈를 결합하기 위해 상기 광학렌즈를 가열하기 전에, 결합부가 연화온도에 도달할 때까지, 상기 가열부에 의하여 상기 광섬유의 단부에 가열제어를 수행하는 가열제어부를 더 포함하는, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 광학렌즈의 광축 방향으로 상기 렌즈 홀더 메커니즘과 상기 광학렌즈를 함께 구동시키는 렌즈 홀더 구동 메커니즘을 더 포함하는, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치.
13. 제 8항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 광섬유 홀더를 경유하여 상기 광학렌즈에 대해 전후 방향으로 상기 광섬유를 이동시키는 광섬유 유도 메커니즘을 더 포함하는, 광섬유와 광학 렌즈를 결합하는 장치.
14. 제 9항에 있어서,

    상기 인장력 공급부는 상기 렌즈고정 메커니즘 및 상기 광섬유고정 메커니즘 중 하나 이상을 선형 방향으로 이동시키기 위해 전기로 제어되는 액추에이터를 구비하는, 광섬유와 광학렌즈를 결합하는 장치.
15. 빔의 방사 및 입사를 수행하는데 사용되는 광학 모듈로서,

    광섬유; 및

    광학렌즈를 포함하고,

    상기 광학 모듈은,

    상기 광학렌즈의 연화점 이상에서 상기 광섬유의 연화점 이하의 온도로 광학렌즈의 결합부와 광섬유를 동시에 가열하거나, 광학렌즈의 결합부만을 가열하여 상기 광학렌즈만을 연화시키는 단계;와

    상기 광섬유의 단부를 상기 연화된 광학렌즈의 결합부 내로 밀어넣어 상기 광섬유의 단부가 상기 광학렌즈의 결합부 내에 잠기게 하는 단계;와,

    상기 광섬유의 단부가 그 단부의 둘레 영역에서 상기 광학렌즈에 의해서 고정되도록 하여, 그로 인해 상기 광섬유를 상기 광학렌즈에 결합시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되고,

    상기 광섬유의 연화점은 상기 광학렌즈의 연화점보다 높은, 광학 모듈.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 광섬유의 단부 및 상기 광학렌즈의 결합부는 서로에 대향하도록 배열되고,

    상기 광학렌즈는 상기 광학렌즈의 결합부로부터 이격되어 상기 광섬유 측부 로 위치한 열원에 의해 연화되는, 광학 모듈.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 열원은 아크방전인, 광학 모듈.
18. 제 16항에 있어서,

    상기 열원은 상기 광섬유의 축의 반지름방향으로 상기 광섬유 및 상기 광학렌즈로부터 떨어지게 배치되는, 광학 모듈.
19. 제 15항에 있어서, 상기 광학 모듈은,

    상기 광학렌즈를 연화시키기 전에 둥근 표면을 형성하도록 상기 광섬유의 단부를 연화시키는 단계를 더 포함하는 공정에 의해 제조되는, 광학 모듈.
20. 제 15항에 있어서, 상기 광학 모듈은,

    상기 광섬유 및 상기 광학렌즈를 잡아당기는 방향으로 서로 결합된 상기 광섬유 및 상기 광학렌즈 상에 인장력을 가하는 단계; 및

    상기 광학렌즈 및 상기 광섬유 사이의 결합상태를 그에 가해진 상기 인장력에 근거하여 검사하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는, 광학 모듈.

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