(57)【要約】【課題】光学的特性が良好で、信頼性が高く、製造コストの低減を実現することができる光ファイバコリメータを提供する。【解決手段】球状レンズ１と、光ファイバ支持部材２ｂに光ファイバ２ａを保持させてなる光ファイバ支持体２と、断面円形の貫通孔３ａを有する筐体３を備えてなり、貫通孔３ａの一端部内に球状レンズ１が嵌装されるとともに、貫通孔３ａの他端部内には光ファイバ支持体２の先端部が挿入されており、貫通孔３ａ内において、球面レンズ１と光ファイバ２ａとが、間隙をはさんで略同軸状に対向配置されていることを特徴とする光ファイバコリメータ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状レンズと、光ファイバ支持部材に光ファイバを保持させてなる光ファイバ支持体と、断面円形の貫通孔を有する筐体を備えてなり、前記貫通孔の一端部内に前記球状レンズが嵌装されるとともに、前記貫通孔の他端部内には前記光ファイバ支持体の先端部が挿入されており、前記貫通孔内において、前記球面レンズと前記光ファイバとが、間隙をはさんで略同軸状に対向配置されていることを特徴とする光ファイバコリメータ。
【請求項２】
前記光ファイバの先端が斜め研磨されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコリメータ。
【請求項３】
前記球状レンズの屈折率が１．７以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバコリメータ。
【請求項４】
前記貫通孔の内壁に突起が設けられており、前記光ファイバ支持体の先端が前記突起に当接していることを特徴とする請求項１〜３の光ファイバコリメータ。
【請求項５】
断面円形の貫通孔を有し、該貫通孔の内壁に突起が設けられた筐体の一端部側から、前記貫通孔内に球状レンズを所定深さまで圧入する工程と、光ファイバ支持部材に光ファイバを保持させてなる光ファイバ支持体の先端部を、前記筐体の他端部側から前記貫通孔内に挿入して前記突起に当接する深さまで前進させる工程を有することを特徴とする光ファイバコリメータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバと球状レンズを備えた光ファイバコリメータおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバコリメータは光通信部品の中でも、基幹系からアクセス系まで幅広く使用される重要度の高い光部品である。
最近では、光通信市場が基幹系からメトロ系、アクセス系へと移行するに伴って低価格化の要求が高まっており、光ファイバコリメータに関しても大幅な製造コストの削減が要求されている。
また、特にメトロ系や、アクセス系ではアンプ等を用いた光増幅を行なわないため、光ファイバコリメータの挿入損失をできるだけ小さく抑える必要がある。
【０００３】
図４は、下記特許文献１に記載されている従来の光ファイバコリメータの例を示した斜視図である。この例の光ファイバコリメータは、割スリーブ２５内に球状レンズ２４と光ファイバ２１が同軸状に固定されて概略構成されている。この例において、光ファイバ２１はフェルール２２内に保持固定されており、フェルール２２の先端にはガラススペーサ２３が接着固定されている。割スリーブ２５の内径は球状レンズ２４の外径およびフェルール２２の先端部の外径よりわずかに小さく形成されており、割スリーブ２５の一端部内には球状レンズ２４が、他端部にはフェルール２２の先端部が挿入されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−２９３２１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
球状レンズ２４は非球面レンズに比べて非常に安価である。しかしながら、非球面レンズでは問題にならない球面収差があるので、これによって挿入損失が大きくなってしまうという問題があった。
また、図４の構成では、球状レンズ２４と光ファイバ２１との相対位置を決定するには、光学的測定装置を用いての微調整が必要であるため、作製に高度な技術を要し、製造コスト増大の原因となっていた。
また、球状レンズ２４およびフェルール２２の光軸方向における位置がずれ易く、それによってコマ収差が生じるおそれがある。また非球面レンズを用いる場合に比べて、球状レンズ２４と光ファイバ２１の入射面との間の距離が短くなるので球状レンズ２４の表面で反射した光が光ファイバ２１へ戻り易いという問題もあった。
さらには、光ファイバコリメータを組み立てるのに必要な部品点数が多いため、製造コストの削減を図るうえでは不利であった。
また、球状レンズ２４と割スリーブ２５との固定に接着剤が用いられる場合もあるが、接着剤の使用は温度特性の劣化など信頼性の低下を招く心配があった。
【０００６】
本発明は前記事情を鑑みてなされたもので、光学的特性が良好で、信頼性が高く、製造コストの低減を実現することができる光ファイバコリメータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の光ファイバコリメータは、球状レンズと、光ファイバ支持部材に光ファイバを保持させてなる光ファイバ支持体と、断面円形の貫通孔を有する筐体とを備えてなり、前記貫通孔の一端部内に前記球状レンズが嵌装されるとともに、前記貫通孔の他端部内には前記光ファイバ支持体の先端部が挿入されており、前記貫通孔内において、前記球面レンズと前記光ファイバとが、間隙をはさんで略同軸状に対向配置されていることを特徴とする。
前記光ファイバの先端が斜め研磨されていることが好ましい。
前記球状レンズの屈折率が１．７以上であることが好ましい。
前記貫通孔の内壁に突起が設けられており、前記光ファイバ支持体の先端が前記突起に当接している構成とすることもできる。
【０００８】
本発明の光ファイバコリメータの製造方法は、断面円形の貫通孔を有し、該貫通孔の内壁に突起が設けられた筐体の一端部側から、前記貫通孔内に球状レンズを所定深さまで圧入する工程と、前記筐体の他端部側から前記貫通孔内に、光ファイバ支持部材に光ファイバを保持させてなる光ファイバ支持体の先端部を挿入して前記突起に当接する深さまで前進させる工程を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の光ファイバコリメータの第１の実施形態を示した概略断面図である。本実施形態の光ファイバコリメータは、球状レンズ１と、光ファイバ支持体２と、筐体３とから概略構成されている。
球状レンズ１の大きさは特に限定されないが、外径が２〜３．５ｍｍ程度のものが好ましく用いられる。球状レンズ１の屈折率が高いほど球面収差の影響を低減させることができるが、高すぎると焦点がレンズ内に入ってしまう。したがって、球状レンズ１の屈折率は１．７以上とすることが好ましく、より好ましくは１．７〜１．８の範囲内である。
【００１０】
光ファイバ支持体２は、光ファイバ２ａを円筒状のキャピラリ（光ファイバ支持部材）２ｂ内に、同心状に保持させたもので、例えば既知の円筒型フェルールを用いることができる。キャピラリ２ｂの材質は特に限定されないが、具体例としては、樹脂、ガラス、セラミックス（ジルコニア）等が挙げられ、中でも樹脂は量産性の点で好ましい。キャピラリ２ｂの外径は、筐体３に挿入可能で、かつ挿入後のキャピラリの角度ずれを極力避けることが望ましく、したがって筐体３の内径と等しいか、若干小さく設定するのが好ましい。後者の場合、キャピラリ２ｂの外径と筐体３の内径との差が５〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。
本実施形態において、光ファイバ２ａの先端面を含む光ファイバ支持体２の先端面は、光ファイバ２ａの光軸方向に対して、斜め研磨、すなわち斜めにカットされて鏡面研磨されている。光ファイバ２ａの光軸に垂直な面を基準面としたときの、光ファイバ２ａの研磨された先端面の角度（研磨角度）は、球状レンズ１の外径が上記の範囲内の場合８〜１２°が好ましく、より好ましくは１０〜１２°である。
【００１１】
筐体３は、断面円形の貫通孔３ａを有する円筒形で、内壁に突起３ｂが設けられている。突起３ｂは、好ましくは貫通孔３ａの周方向に沿って、全周に連続して形成されている。本実施形態において、突起３ｂは筐体３の一端から所定距離だけ離れた位置に形成されている。
筐体３の貫通孔３ａの一端部内、すなわち突起３ｂよりも一端部側には、所定の位置に球状レンズ１が嵌装されている。ここでの嵌装とは、球状レンズ１の外径と貫通孔３ａの内径とが略同一で、球状レンズ１は貫通孔３ａ内に圧入され、接着剤などの固定手段を用いなくても移動しないように嵌め込まれている状態をいう。
筐体３の貫通孔３ａの他端部内には、光ファイバ支持体２の先端部が挿入され、光ファイバ支持体２の先端が突起３ｂに当接している。
【００１２】
本実施形態において、筐体３の内径は球状レンズ１の外径と略同一で、突起３ｂの部分を除き、長さ方向に沿って一様に形成されている。球状レンズ１の外径をＡとするとき、筐体３の内径は（Ａ±０ｍｍ）〜（Ａ−０．０１ｍｍ）の範囲内であることが好ましい。
筐体３の材質は特に限定されないが、具体例としては、ガラス、ステンレス等が挙げられる。特に、筐体３の少なくとも内壁面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１２μｍ〜２．５μｍの範囲内であることが、レンズを圧入し、かつ保持するうえで好適である。
筐体３の厚さは任意に設定できる。薄すぎると強度が不十分になるおそれがあり、厚いほど光ファイバコリメータが大型化してしまうので、材質にもよるが、例えば０．２〜２．０ｍｍ程度に好ましく設定することができる。
【００１３】
突起３ｂは、光ファイバ支持体２がこれに当接することによって位置決めされるものであればよく、その断面形状や大きさは任意とすることができる。本実施形態では、突起３ｂとして、筐体３の内壁から略垂直に立ち上がる凸条が形成されている。該凸条の高さは０．１〜０．５ｍｍ程度、幅は０．１〜０．５ｍｍ程度に好ましく設定される。
なお、球状レンズ１が貫通孔３ａ内の所定の位置に嵌装されている状態で、球状レンズ１が突起３ｂに接していてもよく、接していなくてもよい。
【００１４】
筐体３の貫通孔３ａ内において、球状レンズ１と光ファイバ支持体２とは間隙をはさんで同軸状に対向配置されている。光ファイバ支持体２と光ファイバ２ａとは同軸であるので、光ファイバ２ａと球状レンズ１とが同軸状に対向配置されている。
貫通孔３ａ内における球状レンズ１と光ファイバ支持体２の位置は、光ファイバ２ａの先端面から出射された光が、球面レンズ１を透過することによって平行光となるように、球状レンズ１の屈折率に応じて設定される。すなわち、球状レンズ１と光ファイバ２ａとが同軸であるので、両者間の距離は該球状レンズ１の焦点距離と略等しくなるように設定するのが好ましい。
【００１５】
本実施形態の光ファイバコリメータを製造するには、まず、筐体３を用意し、その一端部側から、貫通孔３ａ内に球状レンズ１を所定深さまで圧入して嵌装させる。この球状レンズを所定位置に嵌装させる方法は、例えば特公平７−１２２６８７号公報等に記載されている周知の方法を用いて行なうことができる。
次いで、筐体３の他端部側から貫通孔３ａ内に、光ファイバ支持体２の先端部を挿入して、光ファイバ支持体２の先端が突起３ｂに当接する深さまで前進させることにより、光ファイバコリメータが得られる。
【００１６】
本実施形態によれば、球状レンズ１を筐体３内の所定位置に嵌装させ、かつ光ファイバ支持体２を筐体３内の突起に当接するまで挿入することにより、球状レンズ１と光ファイバ２ａとの相対位置が、光学的測定装置を用いての微調整を行なわずに、容易かつ再現性良く決まる。したがって、光ファイバコリメータの製造が簡単になり、製造コストの削減に寄与するとともに、球状レンズ１と光ファイバ２ａの光軸のずれも生じにくくなり、コマ収差の影響を小さくすることができる。また、光ファイバコリメータの構成部品点数も少ないので、これによっても製造コストを低減させることができる。
【００１７】
また、球面レンズの屈折率を高くすることにより、球面収差の影響を低減させることができる。
また、球状レンズ１を、接着剤を用いずに所定位置に固定することができるので、温度特性が良好で、信頼性が高い。
さらに、光ファイバ２ａの先端面が斜め研磨されているので、該光ファイバ２ａの先端面から出射され、球状レンズ１で反射した光が、該光ファイバ２ａに入射されにくくなり、リターンロスが良くなる。
本実施形態によれば、一般的に、光ファイバコリメータに要求されている挿入損失０．６ｄＢ以下、リターンロス５０ｄＢ以上の要求水準を上回る光学特性に優れた光ファイバコリメータを得ることができる。より好ましくは、挿入損失０．４ｄＢ以下、リターンロス５５ｄＢ以上を達成することが可能である。
【００１８】
また、本実施形態の光ファイバコリメータの製造方法によれば、光学的測定装置を用いての微調整を行なわずに、光学特性に優れた光ファイバコリメータを容易に、かつ安定して製造することができる。
【００１９】
図２は本発明の光ファイバコリメータの第２の実施形態を示した概略断面図である。本実施形態の光ファイバコリメータが、前記第１の実施形態と大きく異なる点は、筐体３３の一端部が幅広の突起部となっている点である。この図において、図１と同じ構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２０】
筐体３３は、断面円形の貫通孔を有する円筒形で、長さ方向における一端部３３ａは、他端部３３ｂよりも内径が小さい突起（段部）となっている。
筐体１３の貫通孔の一端部３３ａ内には、所定の位置に球状レンズ１が嵌装されている。また、筐体１３の貫通孔の他端部３３ｂ内には、光ファイバ支持体２の先端部が挿入されている。本実施形態において、球面レンズ１の外径はキャピラリ２ｂの外径よりも小さいが、貫通孔内において球面レンズ１と光ファイバ２ａとは間隙をはさんで同軸状に対向配置されている。
【００２１】
本実施形態によっても、上記第１の実施形態と同様に、良好な光学特性を有する光ファイバコリメータが得られる。
ただし、同軸状に配置されるべき球状レンズ１と光ファイバ２ａとが軸ずれを生じ難いという点では、第１の実施形態のように球状レンズ１と光ファイバ支持体２の外径が等しい構成の方が有利である。
【００２２】
なお、上記第１、第２の実施形態においては、球状レンズ１の光軸と光ファイバ２ａの光軸とが一致するように構成したが、両者の光軸は略同軸状であればよく、必要に応じて意図的に若干ずらすこともできる。
例えば、上記の各実施形態のように、光ファイバの先端面が斜め研磨されている場合には、図３に示すように、球状レンズ１の光軸と光ファイバ２ａの光軸とが所定距離だけ離間するように構成した方が、球状レンズ１と光ファイバ２ａとの結合特性が向上する点で好ましい。
【００２３】
図３において、光ファイバ２ａの光軸に対して球レンズ１の光軸は、光ファイバ２ａの光軸から、斜め研磨された先端面の最も前方まで延びている端縁の点Ｅに向かう方向に離間しており、両光軸間の距離△ｘは次の値をとることが最適である。すなわち、光ファイバ２ａの光軸に垂直な面を基準面としたときの、光ファイバ２ａの研磨された先端面の角度（研磨角度）をα、光ファイバ２ａの光軸方向における、光ファイバ２ａの先端面から球レンズ１の中心を通る面までの距離をＬ、光ファイバ２ａの先端面の中心（光軸の出射点）と球レンズ１の中心とを結ぶ直線と光ファイバ２ａの光軸とがなす角度をθ、光ファイバ２ａのコアの屈折率をｎ１とすると、前記△ｘは下記数式（１）で表される。
【００２４】
△ｘ＝Ｌ・ｔａｎθ    …（１）
ただし、θ＝ｓｉｎ−１（ｎ１・ｓｉｎα）−α
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
図２に示す構成の光ファイバコリメータを本発明にかかる製法で作製した。
球状レンズ１は外径２ｍｍ、屈折率１．７８、焦点距離１．１３ｍｍのものを用いた。
光ファイバ支持体２としては、外径２．５ｍｍの円筒型フェルールを用いた。光ファイバ２ａは、裸線の外径が１２５μｍの１．３〜１．５５μｍ帯用シングルモード石英系光ファイバを用いた。
光ファイバ支持体２の先端は斜めにカットして鏡面研磨した。光ファイバ２ａの光軸に垂直な面を基準面としたときの、光ファイバ支持体２の研磨された先端面の角度（研磨角度）は１２°とした。
【００２６】
筐体３３はステンレス（ＳＵＳ３０４）からなっており、一端部３３ａをなす内径２ｍｍ、長さ（図中、Ｄで示す）１．９７ｍｍ、厚さ１ｍｍの円筒形と、他端部３３ｂをなす内径２．５ｍｍ、長さ（図中、Ｂで示す）４．０ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍの円筒形とが同軸状に連なった形状となっている。
また、筐体３３の、球状レンズ１が嵌装される一端部３３ａにおいて、筐体３３の先端面から球状レンズ１の中心までの距離Ｃは１ｍｍとした。
【００２７】
得られた光ファイバコリメータの挿入損失は、測定波長１５５０ｎｍ、測定温度２５℃において、０．２５ｄＢであった。また測定温度を０〜７０℃の範囲で変化させたときの挿入損失の変動幅は０．０２ｄＢと小さかった。
また、測定波長１５５０ｎｍ、測定温度２５℃におけるリターンロスは、５３ｄＢであった。
【００２８】
（実施例２）
図１に示す構成の光ファイバコリメータを本発明にかかる製法で作製した。
球状レンズ１は前記実施例１と同一構成のものを用いた。
光ファイバ支持体２は外径２．５ｍｍの円筒型フェルールを用いた。光ファイバ２ａは上記実施例１と同じものを用いた。
光ファイバ支持体２の先端は実施例１と同様に斜めにカットして鏡面研磨した。光ファイバ２ａの光軸に垂直な面を基準面としたときの、光ファイバ支持体２の研磨された先端面の角度（研磨角度）は１２°とした。
【００２９】
筐体３は、内径２．５ｍｍ、長さ６．２ｍｍ、  厚さ０．７５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる円筒形であり、内壁には、幅０．２ｍｍ、高さ０．１ｍｍの断面四角形の突起３ｂが、周方向に沿ってリング状に設けられている。
筐体３の両端部のうち、光ファイバ支持体２が挿入される側の端部から突起３ｂまでの距離Ｂは３．８ｍｍとした。
また、筐体３の、球状レンズ１が嵌装される側の端部において、筐体３の先端面から球状レンズ１の中心までの距離Ｃは１．２５ｍｍとした。
【００３０】
前記実施例１と同様にして測定した、光ファイバコリメータの挿入損失は０．３ｄＢであり、温度変動に伴う挿入損失の変動幅は０．０２ｄＢと小さかった。また、リターンロスは５６ｄＢであった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光学的特性が良好で、信頼性が高い光ファイバｂコリメータを、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバコリメータの一実施形態を示した概略断面図である。
【図２】本発明の光ファイバコリメータの他の一実施形態を示した概略断面図である。
【図３】本発明の光ファイバコリメータに係る変形例を示した概略断面図である
【図４】従来の光ファイバコリメータの一例を示した斜視図である。
【符号の説明】
１…球状レンズ、２…光ファイバ支持体、２ａ…光ファイバ、
２ｂ…キャピラリ（光ファイバ支持部材）、３，３３…筐体、
３ａ…貫通孔、３ｂ…突起、３３ａ…一端部、３３ｂ…他端部。
【図１】
2004302222.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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