(57)【要約】【課題】  光学素子の移動を抑制し、所望の位置で確実に固定することができる光学素子の固定構造及び固定方法を提供すること。【解決手段】  内部に光学素子１を収納されるスリーブ２は、周壁３を貫通し、スリーブ２の内部と外部とを連通する連通孔４を有している。連通孔４は、溝部７を有する固定部材５が嵌合した状態に係合される。固定部材５は、スリーブ２の連通孔４に係合し、一対の対峙する壁面７ａ，７ｂにおいて光学素子１の周面に接している。このとき、固定部材５は、上方から加圧されることにより光学素子１に圧接される。これにより、光学素子１は、接点Ａ，Ｂ、Ｃによって押圧された状態で支持される。そして、この状態で、スリーブ２と固定部材５とが溶接や半田などによって接合されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に光学素子が収納され、内部と外部とを連通する連通部を周壁に有するスリーブと、
前記連通部に係合し前記光学素子の周面に圧接される固定部材と、を備え、
前記光学素子は、前記スリーブの内壁及び前記固定部材との３点以上の接点によって押圧されており、
前記光学素子が押圧された状態で、前記スリーブと前記固定部材とが接合されていることを特徴とする光学素子の固定構造。
【請求項２】
前記スリーブと前記固定部材とは、溶接又は半田によって接合されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子の固定構造。
【請求項３】
前記固定部材は、前記光学素子の周面に２点以上で接することを特徴とする請求項１または２記載の光学素子の固定構造。
【請求項４】
前記固定部材は、前記光学素子の周面に圧接する溝部を有し、該溝部の壁面において前記光学素子に２点以上で接することを特徴とする請求項３記載の光学素子の固定構造。
【請求項５】
前記固定部材を複数備え、前記固定部材の各々は、前記光学素子の周面と１点以上で接することを特徴とする請求項１または２記載の光学素子の固定構造。
【請求項６】
前記スリーブ及び前記固定部材の線膨張係数は等価であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光学素子の固定構造。
【請求項７】
内部と外部とを連通する連通部を周壁に有するスリーブ内に光学素子を挿入して収納するステップと、
前記光学素子を押圧する固定部材を前記連通部に係合させるステップと、
前記スリーブの内壁及び前記固定部材によって前記光学素子を押圧した状態で、前記スリーブと前記固定部材とを接合するステップと、を含むことを特徴とする光学素子の固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメータ等の光学素子を固定する光学素子の固定構造及び固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コリメータやアイソレータ等の光学素子は、例えば、温度変化や湿度変化等の環境変化に際し、挿入損失等の特性変動を防止するため十分に保持し固定する必要がある。従来、光学素子を固定する構造としては、例えば下記特許文献１に記載されているように、光学素子収納用のスリーブに光学素子を挿入し、樹脂等の接着剤を用いて光学素子をスリーブに固定するものが知られている。
【０００３】
また、下記特許文献２には、保持部材に形成された貫通孔に、光学素子に一体成形された突起を挿入し、該突起に接着剤を塗布、硬化させることにより、光学素子を保持部材に固定する保持構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１２１６８９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２１９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、接着剤は線膨張係数が高いため温度変動により膨張・収縮しやすい。このため、上記特許文献１，２に記載された固定構造では、いずれも接着剤の膨張、収縮に伴って光学素子が移動して（ズレて）しまい、光学素子を所望の位置に維持することが困難となる。特に、上記特許文献１，２に記載された固定構造では、光学素子と、該光学素子を保持する部材との間に直に接着剤が介在されており、このような場合には、温度変動に起因する光学素子の移動がより顕著となる。以上のように光学素子が移動してしまうと、例えば、温度変化や湿度変化等の環境変化に際し、挿入損失等の特性変動が引き起こされ、良好な特性を得られない虞がある。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する問題に鑑みてなされたものであり、光学素子の移動を抑制し、所望の位置で確実に固定することができる光学素子の固定構造及び固定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学素子の固定構造は、内部に光学素子が収納され、内部と外部とを連通する連通部を周壁に有するスリーブと、連通部に係合し光学素子の周面に圧接される固定部材と、を備え、光学素子は、スリーブの内壁及び固定部材との３点以上の接点によって押圧されており、光学素子が押圧された状態で、スリーブと固定部材とが接合されていることを特徴とするものである。
【０００７】
このような光学素子の固定構造において、光学素子をスリーブ内に固定する場合は、スリーブ内に光学素子を収納した後、連通部に固定部材をスリーブ外から差し込んで係合させることによって固定部材を光学素子に圧接させる。このとき、光学素子は、スリーブ及び固定部材に３点以上の接点で直に接触し、その接点において押圧される。そして、この状態でスリーブ及び固定部材を接合することにより、光学素子をスリーブ内に固定することができる。このように、少なくとも３点で光学素子を押圧することにより、光学素子をスリーブ内に安定して固定することができ、光学素子の耐衝撃信頼性が向上する。また、接着剤を用いることなく光学素子をスリーブ内に固定することが可能となるため、光学素子の温度変動に起因する移動が抑止され、光学素子を所望の位置で確実に固定することができる。なお、ここでいう光学素子には、光学素子を組み込んだ部材も含まれ、本発明では、この部材をスリーブ内に押圧固定する場合も含まれる。
【０００８】
好ましくは、スリーブと固定部材とは、溶接又は半田によって接合されている。これにより、スリーブと固定部材との接合状態が温度変動に影響されることなく安定したものとなるため、光学素子を所望の位置で確実に固定することができる。その結果、光学素子の移動が防止される。
【０００９】
固定部材は、光学素子の周面に２点以上で接することが好ましい。これにより、例えば筒状のスリーブを用い、一つの固定部材を連通部に差し込んで係合させるだけで、内部に収納した光学素子を３点で保持させることが可能となる。したがって、作業が容易になると共に作業時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
この場合、固定部材は、光学素子の周面に圧接する溝部を有し、該溝部の壁面において光学素子に２点以上で接するようにしてもよい。これにより、溝部を光学素子に圧接させるだけで、スリーブの内壁とによって光学素子を容易に３点以上で保持することができるため、作業性が向上する。
【００１１】
また、固定部材を複数備え、固定部材の各々は、光学素子の周面と１点以上で接するようにしてもよい。
【００１２】
スリーブ及び固定部材の線膨張係数は等価であることが好ましい。これにより、スリーブ及び固定部材の膨張量又は収縮量の違いによって光学素子の固定状態が変化してしまう事態を防止できると共に、溶接の際の接合性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の光学素子の固定方法は、内部と外部とを連通する連通部を周壁に有するスリーブ内に光学素子を挿入して収納するステップと、光学素子を押圧する固定部材を連通部に係合させるステップと、スリーブの内壁及び固定部材によって光学素子を押圧した状態で、スリーブと固定部材とを接合するステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によれば、光学素子を少なくとも３点で押圧した状態に支持するため、スリーブ内における光学素子の固定状態が安定し、光学素子の耐衝撃信頼性を向上させることができる。また、接着剤を用いることなく光学素子をスリーブ内に固定することが可能となるため、光学素子の温度変動に起因する移動が抑止され、光学素子を所望の位置で確実に固定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学素子の移動を抑制し、所望の位置で確実に固定することができる光学素子の固定構造及び固定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
まず、図１〜４を参照して、本発明の第１実施形態に係る光学素子の固定構造を説明する。図１は、本実施形態に係る光学素子の固定構造を示す断面図であり、図２は、本実施形態に係る光学素子の固定構造における、図１に示すＩＩ−ＩＩ線での矢視断面図である。また、図３（ａ）は、図１，２に示す光学素子の固定構造に適用されるスリーブを示す平面図であり、図３（ｂ）は、ＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。図４（ａ）は、図１，２に示す光学素子の固定構造に適用される固定部材を示す平面図であり、図４（ｂ）は、ＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【００１８】
図１，２において、光学素子１（例えば、アイソレータ、コリメータ、ロッドレンズ、シリンドリカルレンズ等）は、両端が開口した円筒状のスリーブ２内に収納されている。
【００１９】
図３に示すように、スリーブ２は、内部空間６が光学素子１よりも若干大きい径となっており、一側の端部６ａで開放している。また、スリーブ２の他側の端部６ｂには、光学素子１よりも小さい径の開口が形成されており、光学素子１からスリーブ２外への光の出射、あるいはスリーブ２外から光学素子１への光の入射が可能となっている（図１中、矢印Ｌ）。
【００２０】
また、スリーブ２は、図３に示すように、周壁３を貫通し、スリーブ２の内部と外部とを連通する連通孔４を有している。連通孔４は、例えば円形状を呈し、図１，２に示すように、ほぼ同形状の固定部材５が嵌合した状態に係合される。このようなスリーブ２は、例えば、ＳＵＳ３０４といったステンレス鋼等の金属材料からなる。
【００２１】
本実施形態に係るスリーブ２では、図３に示すように、例えば、全長Ｘ１が１０．５ｃｍ、外径Ｘ２が４．２ｃｍ、内部空間６の長さＸ３が９．５ｃｍ、端部６ａの開口の径（スリーブ２の内径）Ｘ４が１．８ｃｍ、端部６ｂの開口の径Ｘ５が０．９ｃｍ、連通孔４の径Ｘ６が２．５ｃｍ程度に形成される。また、このようなスリーブ２内に収納される光学素子１は、例えば、全長Ｙ１（図１参照）が９．０ｃｍ程度である。
【００２２】
固定部材５は、図４に示すように、内部から側面へ拡開する台形状の溝部７を有している。そして、固定部材５は、図２に示すように、スリーブ２の連通孔４に嵌合した状態で係合され、スリーブ２内に収納されている光学素子１の周面に当接する。このとき、固定部材５は、溝部７の一対の対峙する壁面７ａ，７ｂにおいて光学素子１の周面に接する（図２中、接点Ａ，Ｂ）。これにより、光学素子１は、固定部材５との接点Ａ，Ｂ、スリーブ２との接点Ｃの３点によって支持される。
【００２３】
また、固定部材５は上方から加圧（図中、矢印Ｐ）されることにより光学素子１に圧接され、光学素子１が接点Ａ，Ｂ，Ｃによって押圧された状態で支持される。そして、光学素子１が押圧された状態で、スリーブ２と固定部材５とが溶接や半田などによって接合されている。
【００２４】
このような固定部材５は、光学素子１を固定する強度とスリーブ２の強度とを考慮して、例えば、厚みＺ１が１．６９ｃｍ、溝部７の深さＺ２が１．１９ｃｍ程度に形成され、径Ｚ１が、連通孔４に嵌合するような大きさに形成される。また、溝部７は、壁面７ａ，７ｂのなす角θが６０°となるように形成されている。これにより、スリーブ２の内壁と固定部材５とによって光学素子１を保持したとき、接点Ａ，Ｂ，Ｃは、図２に示すように、光学素子１の表面上に１２０°（図中、角度α）等間隔で位置することになる。
【００２５】
また、固定部材５は、スリーブ２と等価な線膨張係数を有する材料から形成されるのが望ましく、本実施形態では、上記スリーブ２と同様に、例えば、ＳＵＳ３０４といったステンレス鋼等の金属材料からなる。このように、スリーブ２と固定部材５との線膨張係数を等価なものとすることにより、温度変動に伴う双方の膨張量及び収縮量が同等となるため、光学素子１の固定状態を安定させることができる。また、溶接によってスリーブ２と固定部材５とを接合させる場合の接合性を良好なものとすることができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、スリーブ２が円筒状を呈し、光学素子１が円柱状を呈しているが、それらの形状に限られるものではなく、例えば、角筒状のスリーブ２や角柱状の光学素子１であってもよい。また、連通孔４は、光学素子１の形状に合わせて円形状に形成されているが、該形状に限定されるものではなく、矩形状であってもよい。
【００２７】
このような光学素子の固定構造によって光学素子１を固定する場合は、まず、図５（ａ）に示すように、光学素子１をスリーブ２の後方の端部６ａから挿入して収納する。次に、図５（ｂ）に示すように、固定部材５をスリーブ２の連通孔４に挿入して係合させる。そして、固定部材５を加圧して光学素子１の周面に圧接させ、光学素子１を所望の状態に位置決めする。次に、その状態で、スリーブ２と固定部材５とを溶接や半田等によって接合する。溶接の場合は、レーザー溶接（例えばＹＡＧレーザー）等によって行う。これにより、図１に示すように、光学素子１がスリーブ２内に位置決めされた状態で固定される。
【００２８】
上記光学素子の固定構造によれば、光学素子１は、スリーブ２の内壁及び固定部材５とによる３つの接点によって押圧された状態で支持されるため、固定状態が極めて安定し、耐衝撃信頼性が向上する。また、光学素子１とスリーブ２との間に接着剤を介在させることなく光学素子１をスリーブ２内に固定すると共に、スリーブ２と固定部材５とを、接着剤を使用せず溶接や半田等によって接合しているため、温度変動による接合状態の変化が防止される。これにより、例えば、温度変化や湿度変化等の環境変化に際し、光学素子１がズレて挿入損失等の特性変動が生じてしまうという事態を防止し、良好な特性を得ることができる。
【００２９】
また、例えば、接着剤を用いて光学素子を固定した場合、温度変動によって流動化した接着剤が、光学素子に備えられたレンズ等に付着し、光学素子の特性劣化を招く虞がある。本実施形態に係る光学素子の固定構造では、接着剤を不要とするため、そういった問題も防止することができる。
【００３０】
更に、固定部材５に溝部７を形成したことにより、固定部材５を連通孔４に差し込むだけで、光学素子１をスリーブ２の内壁面とによって少なくとも３点で支持することができる。このため、光学素子の固定作業が容易になる。
【００３１】
なお、光学素子１は、スリーブ２と固定部材５とによる少なくとも３つの接点によって押圧されていればよいため、固定部材５と光学素子１との接点は３点以上であってもよいし、スリーブ２と光学素子１との接点が２点以上であってもよい。また、上述した固定部材５の溝部７は台形状を呈しているが、該形状に限られるものではない。
【００３２】
図６，７は、他の形態の固定部材を用いた光学素子の固定構造を示す断面図である。図６に示す固定部材１０では、略半楕円形状の溝部１１が形成されている。また、図７に示すように、加工容易性の観点からＶ字状の溝部１３が形成された固定部材１２としてもよい。固定部材１０，１２はいずれも、上記固定部材５と同様に、光学素子１に２点以上で接触し、スリーブ２とによって光学素子１を３点以上で押圧するようになっている。
【００３３】
図８は、本発明の第２実施形態に係る光学素子の固定構造を示す断面図である。本実施形態に係る光学素子の固定構造は、複数の固定部材を有する点で上記第１実施形態と異なっている。図８において、スリーブ２０は、周壁２１を貫通し、スリーブ２０の内部と外部とを連通する２つの連通孔２２が形成されている。そして、連通孔２２には、ほぼ同形状の固定部材２３，２３がそれぞれ嵌合した状態に係合されている。
【００３４】
固定部材２３，２３は光学素子１にそれぞれ一点で圧接し、２つの固定部材２３，２３とスリーブ２０の内壁とによって光学素子１が３点（図中、点Ｄ，Ｅ，Ｆ）で押圧されるようになっている。
【００３５】
なお、本実施形態では、２つの固定部材２３を用いているが、３つ以上の固定部材２３を用い、光学素子１を複数の接点で押圧して固定するようにしてもよい。
【００３６】
図９は、本発明の第３実施形態に係る光学素子の固定構造を示す断面図である。本実施形態に係る固定構造は、固定部材の形状及びスリーブの断面形状が上記第１，２実施形態と異なっている。図９において、スリーブ３０の内部には、Ｖ字状の溝部３１が形成されている。溝部３１は、一対の壁面３１ａ，３１ｂにおいてスリーブ３０内に収納された光学素子１の周面に接している。また、スリーブ３０の連通孔４には、溝部３１上に載置された光学素子１に圧接する固定部材３３が係合されている。そして、スリーブ３０と固定部材３３とは、溶接や半田等により接合されている。これにより、光学素子１は、スリーブ３０との接点Ｇ，Ｈ、固定部材３３との接点Ｉの３点によって押圧された状態に支持される。したがって、光学素子１を所望の位置で確実に固定することができる。なお、スリーブ３０内に形成された溝部３１をＶ字状ではなく多角形状に形成し、複数の接点によって光学素子１を支持するようにしてもよい。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第１〜３実施形態では、連通孔が形成されたスリーブを用いているが、図１０に示すような、延在方向に割れた構造を有する断面Ｃ字状のスリーブ４０を用いてもよい。この場合、スリーブ４０の開放部４１に固定部材５を係合させてスリーブ４０内の光学素子（図示せず）を固定する。なお、ここでは、スリーブ４０の開放部４１に係合する固定部材を第１実施形態の固定部材５としているが、他の形態の固定部材１０，１２，２３，３３を適用することも可能である。また、上記実施形態では、スリーブ内に直接光学素子を挿入して押圧固定する場合について説明したが、光学素子を組み込んだ部材をスリーブ内に挿入して押圧固定することにより光学素子を間接的に押圧固定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る光学素子の固定構造を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る光学素子の固定構造における、図１に示すＩＩ−ＩＩ線での矢視断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１，２に示す光学素子の固定構造に適用されるスリーブを示す平面図であり、図３（ｂ）は、ＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】図４（ａ）は、図１，２に示す光学素子の固定構造に適用される固定部材を示す平面図であり、図４（ｂ）は、ＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】図１に示す光学素子の固定構造によって光学素子を固定する工程を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る光学素子の固定構造の他の形態を示す断面図である。
【図７】第１実施形態に係る光学素子の固定構造の他の形態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る光学素子の固定構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る光学素子の固定構造を示す断面図である。
【図１０】スリーブの他の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…光学素子、２…スリーブ、３…周壁、４…連通孔（連通部）、５…固定部材、７…溝部、７ａ，７ｂ…壁面、１０…固定部材、１１…溝部、１２…固定部材、１３…溝部、２０…スリーブ、２１…周壁、２２…連通孔（連通部）、２３…固定部材、３０…スリーブ、３１…溝部、３１ａ，３１ｂ…壁面、３３…固定部材、４０…スリーブ、４１…開放部（連通部）、Ａ〜Ｉ…接点。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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