(57)【要約】【課題】低損失のコリメータ対を歩留りよく製造することができる製造方法、該製造方法によって製造されるコリメータ対、該製造方法に好適に用いられるコリメータ、前記コリメータ対を用いた光部品を提供すること。【解決手段】２つのコリメータ１１，１２を対向配置し、一方のコリメータ１１を固定し、他方のコリメータ１２を回転させて、最も損失の小さい回転角を探してψ角調芯を行う。ψ角調芯した後、最小損失角度の位置で、双方のコリメータに、調芯印としてライン１３ａ，１３ｂを付しておく。後工程では、このライン１３ａ，１３ｂを合わせるだけでψ角調芯を行うことができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバとレンズを備えた２つのコリメータを対向配置したコリメータ対の製造において、前記レンズの端面から出射するコリメート光の光軸回りの相対角度調芯を行い、損失を低減することを特徴とするコリメータ対の製造方法。
【請求項２】
前記相対角度調芯を行った後、双方のコリメータに、前記損失が最小になる回転角において調芯印を設け、その後の相対角度調芯を、該調芯印を用いて行う請求項１記載のコリメータ対の製造方法。
【請求項３】
前記相対角度調芯を行った後、双方のコリメータに、前記損失が最小になる回転角において、各コリメータを対向配置するための嵌合部材を設け、その後の相対角度調芯を、該嵌合部材を用いて行う請求項１記載のコリメータ対の製造方法。
【請求項４】
前記レンズの中心軸が前記光軸に対して傾斜している場合に、前記２つのコリメータを、前記入射光の入射角度によって、該入射光の出射点から焦点までの光路長に差が生じないように対向配置する請求項１〜３のいずれか１項に記載のコリメータ対の製造方法。
【請求項５】
双方のコリメータに、前記光軸に対する前記中心軸の傾斜の方向がわかるように前記調芯印又は前記嵌合部材を設ける請求項４記載のコリメータ対の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されるコリメータ対。
【請求項７】
請求項２又は５記載の調芯印を備えるコリメータ。
【請求項８】
請求項３又は５記載の嵌合部材を備えるコリメータ。
【請求項９】
請求項６記載のコリメータ対を用いた光部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズを用いて光結合を行う技術に関し、特に、光通信分野で使用される光機能部品において、光ファイバからの出射光を光機能素子に入射させたり、光機能素子からの出射光を光ファイバに入射させることを目的とした光ファイバコリメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の機能を有する光デバイス部品に光ファイバを接続して光部品を構成する際、通常の光ファイバから出射された光は広がってしまうため、光ファイバの先端にコリメータレンズなどのレンズを配置して集光したり平行光にしたりすることが行われる。このような光ファイバとその先端に配されたレンズを備えた部品をコリメータと呼ぶ。
一般に、コリメータを用いた光部品の製造においては、光の損失を小さくするための調芯作業が欠かせない。調芯は、通常、２つのコリメータを対向配置したコリメータ対のうち一方のコリメータを固定し、他方のコリメータについて、図１に示すｘ軸とその回転角であるθ角、ｙ軸とその回転角であるφ角を調整して、最も損失の小さい場所を探して行われている。この調芯作業は、非常に細かい調整を行わなくてはならないため、非常に手間と時間がかかるものであった。
これに対し、例えば特許文献１では、レンズとしてボールレンズを用いることにより、レンズ自体の角度調芯、つまりθ角とφ角の調芯を省略できるようにしている。しかし、ここでは、ファイバとレンズの結合部における角度ずれによる損失が無視されており、実際には、ファイバ自体の角度調芯が必要である。
【０００３】
【特許文献１】
特公平５−３８２８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、コリメータを用いた光部品の製造においては、光軸、つまり図１に示すｚ軸回りの回転角であるψ角の調芯は行われていなかった。これは、コリメータにおいて、レンズの端面から出射するコリメート光はｚ軸に対して回転対称であると考えられていたからである。
【０００５】
しかしながら、高い精度が要求される光通信用レンズでは、ビームのわずかな歪みも光学特性に大きく影響する。そして、一般に製造されているレンズには、ある程度のｚ軸に対する非対称性が存在すると考えられる。
本発明者らは、実際に、上述のようなコリメータ対のサンプルを作製し、その一方のコリメータを固定し、他方のコリメータをｚ軸回りで回転させた場合に、サンプルによっては、コリメータ対の挿入損失が変動していることを確認した。図２に、実際に確認された、コリメータにおけるψ角の回転角と挿入損失の関係を示す。
図２から明らかなように、挿入損失は、ψ角の回転角により約０．１５ｄＢから約０．４ｄＢまで変動している。つまり、ψ角の回転角の違いによって挿入損失の測定値が異なり、データの再現性が失われている。そのため、例えば挿入損失が０．３ｄＢを合格基準とした場合、ψ角がおよそ１２０〜２８０°であった場合には、このサンプルは不良と判定される。ところが、同じサンプルであっても、ψ角がおよそ１２０°以下２８０°以上であった場合には、このサンプルは合格と判定される。
【０００６】
したがって、ψ角調芯を行えば合格と判定される製品が、ψ角調芯をしないことによって不良品と判定されていると考えられる。これは、歩留り的に非常に不利である。また、ψ角調芯をしないで測定を行って合格と判定された製品であっても、その後、ψ角の回転角が変化した場合には、測定値が変化して不良品となる恐れがある。また、合格基準を越えないとしても、測定の都度、挿入損失の測定値が異なるのは品質管理上問題である。
【０００７】
上述のように、従来は、このようなψ角回転による損失の変動誤差は無視されてきており、実際、ψ角の調芯は行われておらず、ψ角の調芯について記載された文献も知られていない。
本発明は、上記事情に鑑み、低損失のコリメータ対を歩留りよく製造することができる製造方法、該製造方法によって製造されるコリメータ対、該製造方法に好適に用いられるコリメータ、前記コリメータ対を用いた光部品を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、光ファイバとレンズを備えた２つのコリメータを対向配置したコリメータ対の製造において、前記レンズの端面から出射するコリメート光の光軸回りの相対角度調芯を行い、損失を低減することを特徴とするコリメータ対の製造方法である。
コリメート光の光軸回りの相対角度調芯、すなわちｚ軸回りのψ角調芯を行って、挿入損失が最小となるようにψ角の回転角を調整することにより、低損失のコリメータを歩留り良く製造することができる。
【０００９】
前記第１の発明においては、相対角度調芯を行った後、双方のコリメータに、損失が最小になる回転角において調芯印を設け、その後の相対角度調芯を、該調芯印を用いて行うことが好ましい。
コリメータ対の製造過程では、コリメータ自体の製造時も含め、調芯作業が複数回行われることが多く、また、コリメータ対を用いて光部品を製造する際や、該光部品を使用する際にも調芯作業を行う必要がある。従来は、この調芯作業に非常に手間がかかっていたが、最初のψ角調芯を行った後、最も損失が少なくなるψ角の回転角（最小損失角度）において、対向配置されているコリメータの双方に調芯印を設けておけば、以降の工程においては、損失の測定を行わなくとも、その調芯印を合わせるだけでψ角調芯を行うことができる。
【００１０】
また、前記第１の発明においては、相対角度調芯を行った後、双方のコリメータに、損失が最小になる回転角において、各コリメータを対向配置するための嵌合部材を設け、その後の相対角度調芯を、該嵌合部材を用いて行うことが好ましい。
上述した調芯印と同様、最初のψ角調芯を行った後、最小損失角度において、対向配置されているコリメータの双方に嵌合部材を設けておけば、以降の工程においては、損失の測定を行わなくとも、その嵌合部材を合わせるだけでψ角調芯を行うことができる。
【００１１】
また、前記第１の発明においては、レンズの中心軸が光軸に対して傾斜している場合に、２つのコリメータを、入射光の入射角度によって、入射光の出射点から焦点までの光路長に差が生じないように対向配置することが好ましい。
コリメータには、レンズの中心軸と、そのレンズ端面から出射されるコリメート光の光軸とが平行でないものがある。このようなコリメータを用いてコリメータ対を製造した場合、対になった２つのレンズの配置において、レンズ間のコリメート光の光軸（ｚ軸）回りの角度依存性が生じる。
【００１２】
例えば図３を用いて説明すると、レンズＡ，Ｂのレンズ端面から出射されるコリメート光（光軸）が、レンズＡ，Ｂそれぞれの中心軸ｍＡ，ｍＢに対して特定の角度αで傾斜しているレンズＡ，Ｂを組み合わせてコリメータ対を作る場合、図３（ａ）、（ｂ）に示すような２つの例が考えられる。図３（ａ）では、入射光の入射角度によって、例えば光路ｌ１と光路ｌ２との間において、入射光の出射点Ｘから焦点Ｙまでの光路長に光路差はない。一方、図３（ｂ）では、入射光の入射角度によって、例えば光路ｌ３と光路ｌ４との間において、入射光の出射点から焦点までの光路長に光路差が生じている。
【００１３】
一方、レンズの材質が均一である場合には問題にはならないが、レンズの材質が均一でなかったり内部に欠陥がある場合に、コリメート光は、位相シフトを生じる場合がある。この場合、図３（ａ）の例では、光路差がないので、どのような光路を通っても、同じように位相シフトを生じるので、位相差が解消され、干渉は起きない。しかし、光路差のある図３（ｂ）の例では、生じた位相差が解消されずに集光側レンズで焦点を結び、干渉を起こす。その結果、ファイバへの結合損失が大きくなる場合がある。実際、本発明者らが調べた結果、図２のグラフの０°の位置が図３（ａ）に対応し、１８０°の位置が図３（ｂ）に対応することがわかっており、光路差が生じるようなレンズ配置では、損失が増加することがわかる。
【００１４】
そこで、レンズの中心軸と、レンズ端面から出射されるコリメート光の光軸とが平行でないコリメータを用いてコリメータ対を製造する場合には、光路差が生じないように各コリメータを配置することによって、損失を低減することができる。これは、例えば２つのレンズの中心軸同士が平行になるようにレンズが配置されるようにするなどの方法によって達成できる。
この場合、コリメータの配置が完了した時点でψ角調芯が完了していることになるので、そのまま製品としてパッケージしてもよいし、光部品の製造に用いることもできる。
このように、コリメータの構造上の特性から、測定を行わずにψ角調芯し、損失を低減することができる。
【００１５】
また、この場合、双方のコリメータに、前記光軸に対する前記中心軸の傾斜の方向がわかるように前記調芯印又は前記嵌合部材を設けることが好ましい。
レンズの中心軸が傾いている方向がわかるように調芯印又は嵌合部材を設けることにより、それらを合わせるだけでψ角調芯することができる。
前記課題を解決する本発明の第２の発明は前記製造方法によって製造されるコリメータ対である。本発明のコリメータ対は、低損失であり、ψ角回転による損失の変動誤差も低減されている。
【００１６】
前記課題を解決する本発明の第３の発明は調芯印を備えるコリメータである。前記課題を解決する本発明の第４の発明は嵌合部材を備えるコリメータである。これらのコリメータは、ψ角調芯が容易であることから、前記コリメータ対の製造に好適に用いられる。
【００１７】
前記課題を解決する本発明の第５の発明は前記コリメータ対を用いた光部品である。本発明の光部品は、低損失で、品質のばらつきが小さく、品質管理が容易である。さらに、上述したような、調芯印又は嵌合部材を備えるコリメータを用いたコリメータ対を用いることにより、容易且つ確実にψ角調芯ができるようになっている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図４は、本発明の第１実施形態を示す図である。本実施形態においては、まず、２つのコリメータ１１，１２を対向配置し、一方のコリメータ１１を固定し、他方のコリメータ１２を回転させて、最も損失の小さい回転角（最小損失角度）を探してψ角調芯を行う。ψ角調芯した後、最小損失角度の位置で、双方のコリメータに、調芯印としてライン１３ａ，１３ｂを付しておく。後工程では、このライン１３ａ，１３ｂを合わせるだけでψ角調芯を行うことができる。
なお、この調芯印は、最小損失角度がわかればどのようなものであっても良く、本実施形態に限定されない。
【００１９】
図５は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態では、レンズ２３，２４の中心軸２５，２６が、光軸２７からずれているコリメータ２１，２２を用いている。この場合、中心軸２５，２６が平行になるようにコリメータ２１，２２を配置すれば、光路差が小さくなり、結合損失を小さくすることができる。
このようにしてψ角調芯を完了させたコリメータ対のレンズ２３，２４間に光機能素子を入れて固定することにより、光部品２９を製造することができる。得られた光部品２９は、ψ角調芯が完了しているのでそのままパッケージすればよい。
【００２０】
図６は、本発明の第３実施形態を示す図である。第２実施形態では、光ファイバが接続されたレンズを同じ容器内に配してコリメータ対とし、そのレンズ間に光機能素子を配したが、本実施形態では、コリメータ対の製造工程と光部品の製造工程とを分けている。
まず、対向配置した２つのコリメータ３１，３２について、第１実施形態と同様にしてψ角調芯を行い、最小損失角度の位置で、双方のコリメータ３１，３２に、調芯印としてライン３３ａ，３３ｂを付しておく。以降の工程では、このライン３３ａ，３３ｂを合わせるだけでψ角調芯を行うことができる。
ただし、本実施形態では、２つのコリメータ３１，３２のレンズ３４，３５の中心軸３６，３７が、光軸３８からずれているので、左右のコリメータ３１，３２では構造に違いが生じている。この場合、図６に示すように、コリメータ３１，３２に、それぞれ、左右がわかるように印Ｌ，Ｒを付しておくことにより左右を判断することができる。
【００２１】
図７は、本発明の第４実施形態を示す図である。本実施形態では、第１実施形態と同様にしてψ角調芯を行った後、最小損失角度の位置で、双方のコリメータ４１，４２に、Ｖ溝用の嵌合部材４３ａ，４３ｂを取り付けておく。後工程では、この嵌合部材４３ａ，４３ｂをＶ溝４４に嵌め込むだけでψ角調芯を行うことができる。また、この場合、図１に示したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、θ角及びφ角についても簡単に調芯することができる。このように、嵌合部材は、ψ角調芯以外の機能も兼ね備えることができる。
【００２２】
図８は、本発明の第５実施形態を示す図である。本実施形態では、第１実施形態と同様にしてψ角調芯を行った後、最小損失角度の位置で、双方のコリメータ５１，５２に、各コリメータを結合してコリメータ対とするための嵌合部材５３，５４を取り付けておく。本実施形態において、嵌合部材５３，５４はそれぞれ同一の形状で、突起５３ａ，５４ａと孔５３ｂ，５４ｂを有しており、左右のコリメータ５１，５２に上下逆に取り付けられている。後工程では、突起５３ａ，５４ａをそれぞれ孔５４ｂ，５３ｂにはめ込み、嵌合部材５３，５４を結合させるだけでψ角調芯を行うことができる。
嵌合部材５３，５４のように反対称になっている嵌合部材を用いることにより、嵌合部材を共通化することができる。また、嵌合部材に、例えばレンズ間距離調節機能のような、複雑な機能を兼ね備えさせることもできる。
【００２３】
図９は、本発明の第６実施形態を示す図である。本実施形態では、コリメータ６１の、光軸６２に対してレンズの中心軸６３が傾いた方向に赤印６４、その反対側に青印６５を付けておく。この場合、後工程では、一方のコリメータ６１ａの赤印６４ａと青印６５ａの位置が、それぞれ、他方の同じコリメータ６１ｂの青印６５ｂと赤印６４ｂの位置と一致するようにコリメータ６１ａ，６１ｂを配置すれば、第３実施形態と同様、ψ角調芯される。
また、第３実施形態では、コリメータを左右２種類に分ける必要があったが、本実施形態の場合、左右を分ける必要がなく、部品の種類を統一することができる。
【００２４】
図１０は、本発明の第７実施形態を示す図である。本実施形態では、第１実施形態と同様にしてψ角調芯を行った後、最小損失角度の位置で、双方のコリメータ７１，７２に、各コリメータを結合してコリメータ対とするための嵌合部材７３，７４を取り付けておく。嵌合部材７３は、円筒型で、末端が曲がった略Ｌ字状の溝７３ａが設けられている。嵌合部材７４は、嵌合部材７３よりも径の小さい円筒型で、溝７３ａに嵌め込まれる突起７４ａが設けられている。嵌合部材７３，７４はねじ込み式になっており、後工程では、突起７４ａを溝７３ａに嵌め込み、嵌合部材７３，７４を結合させるだけでψ角調芯を行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のコリメータ対の製造方法によれば、ψ角調芯を行うことによって低損失のコリメータ対を製造することができる。そのため、従来はψ角調芯が行われていないために、損失が大きく不良品であると判定されていた製品も合格品とすることができ、歩留りが向上する。また、損失の測定データの再現性がよくなるので、品質管理がしやすくなる。
また、コリメータに調芯印や嵌合部材を設けるという簡単な手段によって、低損失を容易に見分けられるので、ψ角調芯を簡単に行うことができる。また、レンズの中心軸など、コリメータの構造から、低損失な角度を容易に見分けてψ角調芯を行うことも可能であり、この場合、ψ角調芯を更に簡便に行うことができる。
また、調芯印や嵌合部材が設けられた本発明のコリメータは、上述のようなコリメータ対や光部品の製造に好適に用いることができる。
また、本発明の方法により製造されるコリメータ対や、該コリメータ対を用いた光部品は、低損失であり、品質のばらつきもない良好なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】コリメータ対の調芯作業を説明するための図である。
【図２】コリメータ対におけるψ角の回転角と挿入損失の関係を示すグラフである。
【図３】コリメータ対のレンズの配置において、レンズ間のコリメート光の光軸回りの角度依存性を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るコリメータ対の概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光部品の概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るコリメータ対の概略構成図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るコリメータ対の概略構成図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係るコリメータ対の概略構成図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係るコリメータ対の概略構成図である。
【図１０】本発明の第７実施形態に係るコリメータ対の概略構成図である。
【符号の説明】
１１，１２…コリメータ、１３ａ，１３ｂ…ライン、２１，２２…コリメータ、２３，２４…レンズ、２５，２６…中心軸、２８…光機能素子、３１，３２…コリメータ、３３ａ，３３ｂ…ライン、３４，３５…レンズ、３６，３７…中心軸、３８…光軸、４１，４２…コリメータ、４３ａ，４３ｂ…嵌合部材、４４…Ｖ溝、５１，５２…コリメータ、５３，５４…嵌合部材、６１…コリメータ、６２…光軸、６３…中心軸、６４…赤印、６５…青印、７１，７２…コリメータ、７３，７４…嵌合部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004205604.tif 000010
【図９】
2004205604.tif 000011
【図１０】
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