(57)【要約】【課題】  光ファイバ先端の曲面形成を制御し、球面レンズ系や複焦点レンズ系を形成することにより、レンズ系一体形の光ファイバを高精度で生産性よく加工できる光ファイバ先端レンズ加工方法及び加工装置を提供する。【解決手段】  光ファイバ１を所定の長さｌ突き出して保持部４に保持する。そしてｚ送り機構７によって保持部４を押し下げ、光ファイバ１の先端を研磨面５に押し当て、その光ファイバと研磨面との接触角が所定の大きさをα０になるように光ファイバ１を撓わませた状態で保持する。光ファイバ１の先端の軌跡が研磨面５上でループを描くようにｘ送り機構とｙ送り機構を制御して光ファイバ１の保持部４をループ状に動作させる。そして、この基本動作を、接触角が次第に大きくなるようにして繰り返し行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの先端を所定の長さ突き出して保持手段にて保持し、該保持された光ファイバの先端を研磨面で研磨してレンズ系を形成する光ファイバ先端レンズ加工方法において、
前記先端が前記研磨面に押し当てられて前記光ファイバが撓み且つ当該先端が当該研磨面に対し斜めに接触した状態で当該先端が当該研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように前記保持手段及び／又は前記研磨面を相対移動させることを特徴とする光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項２】
光ファイバの先端を所定の長さ突き出して保持手段にて保持し、該保持された光ファイバの先端を研磨面で研磨してレンズ系を形成する光ファイバ先端レンズ加工方法において、
前記先端が前記研磨面に押し当てられて前記光ファイバが撓み且つ当該先端が当該研磨面に対し斜めに接触した状態で当該先端が当該研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように前記保持手段及び／又は前記研磨面を相対移動させる第１相対移動工程と、
前記先端が前記研磨面に対し斜めに接触した状態を維持しながら前記保持手段及び／または前記研磨面を互いの距離が変化するように相対移動させる第２相対移動工程と
を設けたことを特徴とする光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項３】
前記第２相対移動工程は、前記距離を増加させることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項４】
前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、
前記第１相対移動工程は、前記距離の設定回ごとに楕円状の軌跡を１回以上形成することを特徴とする請求項３記載の光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項５】
前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、
前記第１相対移動工程は、前記距離の設定回ごとに、前記保持手段及び／又は前記研磨面を３次元のループ状に相対移動させることを特徴とする請求項３記載の光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項６】
前記研磨面は高低差を有し、
前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行うことを特徴とする請求項５記載の光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項７】
前記研磨面は山型または谷型に構成され、
前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行うことを特徴とする請求項５記載の光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項８】
前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、
前記第１相対移動工程は、前記距離の設定回ごとに８の字状の軌跡を１回以上形成することを特徴とする請求項３記載の光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項９】
前記第１相対移動工程と前記第２相対移動工程とを並行して行うことにより前記先端が渦巻き状の軌跡を形成することを特徴とする請求項２記載の光ファイバ先端レンズ加工方法。
【請求項１０】
光ファイバの先端を所定の長さ突き出して保持手段にて保持し、該保持された光ファイバの先端を研磨面で研磨してレンズ系を形成する光ファイバ先端レンズ加工装置において、
前記先端が前記研磨面に押し当てられて前記光ファイバが撓み且つ当該先端が当該研磨面に対し斜めに接触した状態で当該先端が当該研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように前記保持手段及び／又は前記研磨面を相対移動させることを特徴とする光ファイバ先端レンズ加工装置。
【請求項１１】
光ファイバの先端を所定の長さ突き出して保持手段にて保持し、該保持された光ファイバの先端を研磨面で研磨してレンズ系を形成する光ファイバ先端レンズ加工装置において、
前記先端が前記研磨面に押し当てられて前記光ファイバが撓み且つ当該先端が当該研磨面に対し斜めに接触した状態で当該先端が当該研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように前記保持手段及び／又は前記研磨面を相対移動させる第１相対移動手段と、
前記先端が前記研磨面に対し斜めに接触した状態を維持しながら前記保持手段及び／または前記研磨面を互いの距離が変化するように相対移動させる第２相対移動手段と
を設けたことを特徴とする光ファイバ先端レンズ加工装置。
【請求項１２】
前記第２相対移動手段は、前記距離を増加させることを特徴とする請求項１１記載の光ファイバ先端レンズ加工装置。
【請求項１３】
前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、
前記第１相対移動手段は、前記距離の設定回ごとに楕円状の軌跡を１回以上形成することを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ先端レンズ加工装置。
【請求項１４】
前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、
前記第１相対移動手段は、前記距離の設定回ごとに、前記保持手段及び／又は前記研磨面を３次元のループ状に相対移動させることを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ先端レンズ加工装置。
【請求項１５】
前記研磨面は高低差を有し、
前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行うことを特徴とする請求項１４記載の光ファイバ先端レンズ加工装置。
【請求項１６】
前記研磨面は山型または谷型に構成され、
前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行うことを特徴とする請求項１４記載の光ファイバ先端レンズ加工装置。
【請求項１７】
前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、
前記第１相対移動手段は、前記距離の設定回ごとに８の字状の軌跡を１回以上形成することを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ先端レンズ加工装置。
【請求項１８】
前記第１相対移動手段と前記第２相対移動手段とが協働することにより前記先端が渦巻き状の軌跡を形成することを特徴とする請求項１１記載の光ファイバ先端レンズ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの先端を研磨して楔形に加工する光ファイバ先端レンズ加工方法及び加工装置に関し、更に詳しくは、例えば光通信やコンピュータネットワーク構成の分野において、光源用半導体ダイオードから射出される光または変調用発光ダイオードから射出される光を効率よく光ファイバに注入し得るように光ファイバの先端を研磨して球面レンズや複焦点レンズレンズに加工する光ファイバ先端レンズ加工方法及び加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信のブロードバンド化に対応して、光通信網の波長多重化が急速にすすめられ、これにともない光ファイバ増幅が不可欠の技術となっている。
【０００３】
光ファイバ増幅の励起光源としては、半導体レーザが広く用いられている。半導体レーザの射出する光ビームは半導体レーザの構造に応じて固有の広がり角を持っており、その光ビームを効率よく光ファイバに導入するためには、その広がり角に対応したレンズ系が必要である。
【０００４】
現在多く用いられているエルビウム添加光ファイバ増幅器では、波長1.48μm帯用のInP（インジウム燐）系半導体レーザと波長0.98μm帯用のGaAs（ガリウムひ素）系半導体レーザの２種類が用いられている。
【０００５】
前者（InP系半導体レーザ）の光ビームの断面形状はほぼ円形に近いので、球面レンズ系が必要である。
【０００６】
一方後者（GaAs系半導体レーザ）の光ビームの広がり角は、図９に示すように直交方向（上下・左右方向）で異なるので、これを効率よく光ファイバに導入するためには、その広がり角に対応して直交方向に異なる受光角をもったレンズ系（すなわち複焦点レンズ系）が必要である。
【０００７】
これらの球面レンズ系または複焦点レンズ系を光ファイバの先端に光ファイバと一体で形成することができれば増幅器のコンパクト化、組立の簡易化を実現するうえで極めて有効である。
【０００８】
球面レンズ系が一体となった光ファイバを一般に先球ファイバと呼び、その光ファイバ端面は円錐状に加工され、さらにその先端は球面が形成されている。
【０００９】
一方で、複焦点レンズ系が一体となった光ファイバの先端は、図１０に示すようになっている。正面図は光ファイバ先端の複焦点レンズ形状を等高線で表している。その側面Aは先端面の曲率半径が大きく、側面Bは先端面の曲率半径が極めて小さい。このように、光ファイバの先端の直交方向に曲率半径が異なるようにレンズ面を形成することによって複焦点レンズが得られる。
【００１０】
従来、光ファイバの先端にレンズ系を形成する第１の加工方法として、図１１に示すように、研磨材を塗布した回転円板にファイバ先端を押し当て、その押し当てる角度やファイバ中心軸回りの回転角、及び各状態での研磨時間を連続的に制御し、その研磨されたファイバ先端が球面レンズ面や複焦点レンズ面となるような方法がある。
【００１１】
また、光ファイバ先端に円筒レンズ加工する第２の加工方法を行うため、図１２に示す加工装置が用いられてきた。
【００１２】
１は光ファイバ、４は光ファイバ１を保持する保持部、５は例えばアルミナ微粒子の塗布された研磨シートからなる研磨面、６は研磨プレート、７は保持部４を搭載し研磨面５と直角方向に移動させるｚ送り機構で、８はｚ送り機構７を搭載し光ファイバ１を研磨面５と平行方向に移動させるためのｘ送り機構である。
【００１３】
この装置を用いた加工においては、先ず、光ファイバ１を長さｌ突き出して保持部４に保持する。ここでｚ送り機構７によって保持部４を押し下げ、保持部４の先端と研磨面５の距離Ｈをｌよりも小さくなるように設定する。ｘ送り機構８を用いて光ファイバ１を研磨プレート６の一方の斜面Ａ側より水平に移動させ、光ファイバ１の先端を研磨面５の斜面Ａに徐々に押しあてて撓ませ、さらに水平移動させて平坦部を摺動させる。このとき研磨面５と保持部４の距離Ｈは光ファイバ１の突出し長さｌよりも小さいので、光ファイバ１は撓み、その先端は研磨面５と接触角度θを成し、先端には撓みによる反力Ｆが生ずる。この状態でさらにｘ送り機構８を進めて光ファイバ１の先端を研磨面５と摺動させることにより、先端の片側が斜めに研磨され、くさび形の片側斜面が徐々に形成される。光ファイバ１をさらに平行移動させ、その先端がもう一方の斜面Ｂにくると光ファイバ１の撓みは徐々に開放され、それにともなって光ファイバ１と研磨面５の接触点（すなわち研磨部分）は徐々に先端中心部へ移り、くさび形先端は曲面状に研磨される。さらに平行移動して保持部４と研磨面５の距離が光ファイバＬを超えると光ファイバ１の先端は研磨面５から離れる。そこで進行方向を逆転して同様な工程で光ファイバ１の先端の対称な面を研磨する。
【００１４】
この往復工程を数十回繰り返すことにより、頂角２θのくさび形の先端に円筒形のレンズを形成することができる。この方法は、光ファイバの素材が均質で撓みの再現性がよく、光ファイバ１の先端を交互かつ微量に逐次研磨を繰り返すものであるから、簡単な加工装置で光ファイバ先端に円筒レンズを形成できる。
【特許文献１】特願２００２−１２１３１４号公報
【特許文献２】特願２００２−１４５２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述した従来の第１の加工方法では、ファイバの回転角度や押し当て角は精密な制御が必要であるため、複雑な送り・回転機構と極めて熟練した技能がもとめられ、生産性が劣り、コストが高いという問題があった。
【００１６】
上述した従来の第２の加工方法では、研磨工程は１軸方向の往復運動であるから、単一焦点の円筒レンズしか形成できないという問題点があった。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光ファイバの均質で再現性の良い撓みを利用し、光ファイバ先端に微量の逐次研磨加工を繰り返すことで、精度の良いレンズ加工が簡単に出来る従来の第２の加工方法の特徴を生かしつつ、光源の広がり角に合わせて、光ファイバ先端の曲面形成を制御し、球面レンズ系や複焦点レンズ系を形成することにより、レンズ系一体形の光ファイバを高精度で生産性よく加工できる光ファイバ先端レンズ加工方法及び加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項１の本発明は、光ファイバの先端を所定の長さ突き出して保持手段にて保持し、該保持された光ファイバの先端を研磨面で研磨してレンズ系を形成する光ファイバ先端レンズ加工方法において、前記先端が前記研磨面に押し当てられて前記光ファイバが撓み且つ当該先端が当該研磨面に対し斜めに接触した状態で当該先端が当該研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように前記保持手段及び／又は前記研磨面を相対移動させることを特徴とする光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００１９】
請求項２の本発明は、光ファイバの先端を所定の長さ突き出して保持手段にて保持し、該保持された光ファイバの先端を研磨面で研磨してレンズ系を形成する光ファイバ先端レンズ加工方法において、前記先端が前記研磨面に押し当てられて前記光ファイバが撓み且つ当該先端が当該研磨面に対し斜めに接触した状態で当該先端が当該研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように前記保持手段及び／又は前記研磨面を相対移動させる第１相対移動工程と、前記先端が前記研磨面に対し斜めに接触した状態を維持しながら前記保持手段及び／または前記研磨面を互いの距離が変化するように相対移動させる第２相対移動工程とを設けたことを特徴とする光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００２０】
請求項３の本発明は、前記第２相対移動工程は、前記距離を増加させることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００２１】
請求項４の本発明は、前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、前記第１相対移動工程は、前記距離の設定回ごとに楕円状の軌跡を１回以上形成することを特徴とする請求項３記載の光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００２２】
請求項５の本発明は、前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、前記第１相対移動工程は、前記距離の設定回ごとに、前記保持手段及び／又は前記研磨面を３次元のループ状に相対移動させることを特徴とする請求項３記載の光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００２３】
請求項６の本発明は、前記研磨面は高低差を有し、前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行うことを特徴とする請求項５記載の光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００２４】
請求項７の本発明は、前記研磨面は山型または谷型に構成され、前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行うことを特徴とする請求項５記載の光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００２５】
請求項８の本発明は、前記第２相対移動工程は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、前記第１相対移動工程は、前記距離の設定回ごとに８の字状の軌跡を１回以上形成することを特徴とする請求項３記載の光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００２６】
請求項９の本発明は、前記第１相対移動工程と前記第２相対移動工程とを並行して行うことにより前記先端が渦巻き状の軌跡を形成することを特徴とする請求項２記載の光ファイバ先端レンズ加工方法をもって解決手段とする。
【００２７】
請求項１０の本発明は、光ファイバの先端を所定の長さ突き出して保持手段にて保持し、該保持された光ファイバの先端を研磨面で研磨してレンズ系を形成する光ファイバ先端レンズ加工装置において、前記先端が前記研磨面に押し当てられて前記光ファイバが撓み且つ当該先端が当該研磨面に対し斜めに接触した状態で当該先端が当該研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように前記保持手段及び／又は前記研磨面を相対移動させることを特徴とする光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【００２８】
請求項１１の本発明は、光ファイバの先端を所定の長さ突き出して保持手段にて保持し、該保持された光ファイバの先端を研磨面で研磨してレンズ系を形成する光ファイバ先端レンズ加工装置において、前記先端が前記研磨面に押し当てられて前記光ファイバが撓み且つ当該先端が当該研磨面に対し斜めに接触した状態で当該先端が当該研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように前記保持手段及び／又は前記研磨面を相対移動させる第１相対移動手段と、前記先端が前記研磨面に対し斜めに接触した状態を維持しながら前記保持手段及び／または前記研磨面を互いの距離が変化するように相対移動させる第２相対移動手段とを設けたことを特徴とする光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【００２９】
請求項１２の本発明は、前記第２相対移動手段は、前記距離を増加させることを特徴とする請求項１１記載の光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【００３０】
請求項１３の本発明は、前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、前記第１相対移動手段は、前記距離の設定回ごとに楕円状の軌跡を１回以上形成することを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【００３１】
請求項１４の本発明は、前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、前記第１相対移動手段は、前記距離の設定回ごとに、前記保持手段及び／又は前記研磨面を３次元のループ状に相対移動させることを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【００３２】
請求項１５の本発明は、前記研磨面は高低差を有し、前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行うことを特徴とする請求項１４記載の光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【００３３】
請求項１６の本発明は、前記研磨面は山型または谷型に構成され、前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行うことを特徴とする請求項１４記載の光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【００３４】
請求項１７の本発明は、前記第２相対移動手段は、前記距離を複数回設定する工程制御を行い、前記第１相対移動手段は、前記距離の設定回ごとに８の字状の軌跡を１回以上形成することを特徴とする請求項１２記載の光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【００３５】
請求項１８の本発明は、前記第１相対移動手段と前記第２相対移動手段とが協働することにより前記先端が渦巻き状の軌跡を形成することを特徴とする請求項１１記載の光ファイバ先端レンズ加工装置をもって解決手段とする。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、先端が研磨面に押し当てられて光ファイバが撓み且つ先端が研磨面に対し斜めに接触した状態で先端が研磨面上で閉ループ状または開ループ状の軌跡を形成して摺動するように保持手段及び／又は研磨面を相対移動させることで、加工のための機構が簡潔で制御も簡単になり、かつ精度の良い球面レンズ系や複焦点レンズ系を有する光ファイバを能率的に得ることができる。その結果、製造コストを大幅に低下させることが出来る。
【００３７】
また、先端が研磨面に対し斜めに接触した状態を維持しながら保持手段及び／または研磨面を互いの距離が変化するように相対移動させることでも同様の効果が得られる。
【００３８】
また、楕円状の軌跡を形成することで、研磨方向によって研磨量を異ならせることができ、よって、曲率半径の異なる複焦点レンズ系を能率的に得ることができる。
【００３９】
また、保持手段及び／又は研磨面を３次元のループ状に相対移動させることで、複焦点レンズ系を一層能率的に得ることができる。
【００４０】
また、研磨面に高低差を持たせる、例えば、山型または谷型に構成することで、保持手段及び／又は研磨面を３次元のループ状に相対移動させることをせずに複焦点レンズ系を得ることができる。なお、研磨面を鞍馬型のようにしてもよい。
【００４１】
また、８の字状の軌跡を形成することで、対称性の優れた高精度なレンズ系が能率的に得られる。
【００４２】
また、渦巻き状の軌跡を形成することで、研磨面の劣化の影響を避けることができ、精度の良い球面レンズ系や複焦点レンズ系を有する光ファイバを能率的に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の光ファイバ先端レンズ加工方法及び加工装置の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。
【００４４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における基本動作の説明図である。図２は、その基本動作より形成される光ファイバ先端の形状を示す図である。図３は、基本動作の繰り返し動作の説明図である。図４は、その繰り返し動作によって形成される光ファイバ先端の形状を示す図である。
【００４５】
図１において、１は加工対象である光ファイバ、４はその光ファイバを装着する保持部、５は例えばアルミナ微粒子の塗布された研磨シート６の研磨面、７は保持部４を搭載し研磨面５と直角方向に移動させるｚ送り機構（第２相対移動手段という）、８はｚ送り機構７を搭載し光ファイバ１を研磨面５と平行にｘ方向に移動させるためのｘ送り機構、９はｘ送り機構８を搭載し光ファイバ１を研磨面５と平行にｙ方向に移動させるためのｙ送り機構である。ｘ送り機構８とｙ送り機構９の組を第１相対移動手段という。また、第１相対移動手段、第２相対移動手段が行う工程を、それぞれ第１相対移動工程、第２相対移動工程という。
【００４６】
本実施の形態の基本動作を図１で説明すると、先ず、光ファイバ１を所定の長さｌ突き出して保持部４に保持する。そしてｚ送り機構７によって保持部４を押し下げ、光ファイバ１の先端を研磨面５に押し当て、その光ファイバと研磨面との接触角が所定の大きさα０なるように光ファイバ１を撓わませた状態で保持する。このときの保持部４の高さをＨとする。この撓みによって光ファイバ１の先端には押し付け力ｆが作用する。
【００４７】
次に、光ファイバ１の先端の軌跡が研磨面５上でループ（例えば長軸２ａ、短軸２ｂの楕円状の軌跡（閉ループ））を描くようにｘ送り機構とｙ送り機構を制御して光ファイバ１の保持部４をループ（例えば長軸２Ａ、短軸２Ｂの楕円軌道）状に動作させる。
【００４８】
この動作によって光ファイバ１は捻られ、光ファイバ１の先端と研磨面５との接触位置は光ファイバ１の円周方向に連続的に移動（円周移動）する。この結果、押し付け力ｆの作用のもとで光ファイバ１の先端は円周に沿って摺動し研磨され、傾き角α０をもった錘面が形成される。
【００４９】
このとき、例えば、保持部４がｘ軸に長軸２Ａ、ｙ軸に短軸２Ｂの楕円軌道のループに沿って移動するとすると、光ファイバ１の先端の軌跡はｘ軸に長軸２ａ，ｙ軸に短軸２ｂの楕円状の軌跡となる。
【００５０】
このループ軌跡上では長軸方向（ｘ軸方向）の移動成分が大きいほど軌跡の曲率は緩やかで光ファイバの捩れは小さく、したがってそのとき研磨面５と接触する光ファイバ１先端の円周方向の単位長さ当たりの接触時間は長くなり、研磨量が大きくなる。
【００５１】
逆に、短軸方向（ｙ軸方向）の移動成分が大きいほど軌跡の曲率は急峻であり、その結果光ファイバの捩れは大きくなり、したがってそのとき研磨面５と接触する光ファイバ１の先端の円周方向の単位長さ当たりの接触時間は短くなり、研磨量は小さくなる。
【００５２】
その結果、光ファイバ１の先端に形成された錘面の側面は、長軸方向移動成分大と短軸方向移動成分大に対応して、それぞれ、図２の側面図Ａ、側面図Ｂのようになり、これによって光ファイバ１の先端の平坦部は、図２の正面図に示すように楕円形となる。
【００５３】
上記の工程を基本として、次々と研磨工程を繰り返すことにより複焦点レンズを形成する方法を図３に示す。まず上述と同じ方法で最初の工程をおこなう。そのときの各パラメータにはサフィックス０を付加する。
【００５４】
次の工程として、光ファイバ先端と研磨面の接触角が前回より僅かに大きいα１となるように保持部４と研磨面５の距離を増す方向へｄＨ０だけ大きくして光ファイバ１を保持し、かつ光ファイバ１の先端の軌跡が前回と僅かに異なるか等しい楕円状の軌跡（長軸２ａ１、短軸２ｂ１）を描くように、保持部４の軌道を前回と僅かに異なるか等しい楕円軌道（長軸２Ａ１、短軸２Ｂ１）として光ファイバの先端を研磨すると、前述の角度α０の錘面の先に角度α１の錘面が形成される。
【００５５】
同様にこの工程を逐次繰り返すと光ファイバ先端には錘面が多段に形成され、かつ光ファイバ１の先端の楕円形の平坦部は次第に小さくなり、さらに工程を繰り返し接触角が次第に大きくなって光ファイバ先端の中心またはその近傍が研磨されるまで実行すると、光ファイバ１の先端の側面のプロファイルは図４に示すように、角度α０、α１、α２、…、αｎの傾きをもった直線の包絡面となる。
【００５６】
以上の結果、ｘ軸方向（長軸方向）には曲率半径が小さく、Ｙ軸方向（短軸方向）には曲率半径の大きな先端形状を持った光ファイバ、すなわち複焦点レンズを有する光ファイバを形成することが出来る。
【００５７】
この加工において、研磨面５が、例えば金属板上に貼り付けた薄いプラスチックフィルムをベースとする研磨シートからなる場合は、研磨面５は硬いので、加工能率、加工精度は極めてよいが、工程の繰り返し数は有限であるから、上述の包絡面は直線的な多数の錘面から構成され、滑らかな曲面に対し誤差が生じる。この場合、繰り返し回数をある一定数以上多くすれば無視できる。
【００５８】
他方、研磨面５をゴムや軟質のプラスチック、厚い繊維など、軟らかな材質で構成すれば、光ファイバ１の先端は研磨面５に沈み込みながら研磨されるので、直線的な錘面の交差部分が丸められ、少ない工程繰り返し回数で容易に滑らかな曲面を形成することが出来る。
【００５９】
したがって、硬い研磨面粗加工で直線的な包絡面形状を形成し、これを軟らかい研磨面で光学研磨して仕上げるという２段階の工程を構成すれば、精度の良い複焦点レンズ光ファイバをきわめて能率的に形成することが出来る。
【００６０】
光ファイバの先端に形成される複焦点レンズの２方向の曲率半径の値は、光ファイバ長さｌ、ファイバ保持高さＨ、その増加量ｄＨ、保持部４と研磨面５の相対移動の形状パラメータ（例えば楕円軌道の長軸２Ａ、短軸２Ｂ）の選択によって任意に設定することが出来る。
【００６１】
例えば、以上の工程において、保持部４の楕円軌道のパラメータである長軸２Ａと短軸２Ｂ（ここでは軌道面パラメータと称する）の値を等しくすると、保持部４は円軌道に沿って移動し、光ファイバ１の先端の軌跡は半径ａの円状の軌跡（閉ループ）となる。
【００６２】
この円ループ軌跡上では各方向の移動成分が等しいから研磨量は等しく、その結果、光ファイバ１の先端には円錘面が形成され、その先端の平坦部は円形となる。
【００６３】
さらに光ファイバ先端と研磨面の接触角が前回より僅かに大きいα１となるように保持部４と研磨面５の距離を増し、かつ光ファイバ１の先端の軌跡が前回と僅かに異なるか等しい円状の軌跡を描くように、保持部４を前回と僅かに異なるか等しい円軌道で移動させて光ファイバの先端を研磨すると、前述の角度α０の円錘面の先に角度α1の円錘面が形成される。この工程を逐次繰り返すと光ファイバ先端には円錘面が多段に形成され、かつ光ファイバ１の先端の円形平坦部は次第に小さくなり、さらに工程を繰り返し接触角が次第に大きくなって光ファイバ先端の中心またはその近傍が研磨されるまで実行すると、光ファイバ1の先端の側面プロファイルは、角度α０、α１、α２、…、αｎの傾きをもった直線の包絡面となる。
【００６４】
以上の結果、直交方向に等しい曲率半径を持った光ファイバ、すなわち球面レンズを有する先球ファイバを形成することが出来る。
【００６５】
すなわち、この説明から明らかなように、本発明における球面レンズ系（先球ファイバ）の形成は、複焦点レンズ系の形成において、軌道面パラメータ２Ａ、２Ｂを等しくすることによって得られる特殊ケースであり、複焦点レンズ系の形成に包含される。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態における基本動作の説明図である。図６は、その基本動作の繰り返し動作の説明図である。
【００６７】
図５において、１は加工対象である光ファイバ、４はその光ファイバを装着する保持部、５は例えばアルミナ微粒子が塗布された研磨シート６の研磨面である。
【００６８】
ここで保持部４を搭載し研磨面５に対して垂直方向に移動させるｚ送り機構、ｚ送り機構７を搭載し光ファイバ１を研磨面５と平行にｘ，ｙ方向に移動させるためのｘ送り機構、ｙ送り機構は省略しているが、第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００６９】
本実施の形態の基本動作を図５で説明すると、先ず、光ファイバ１を所定の長さｌ突き出して保持部４に保持する。次に、任意に決めた一定の点においてｚ送り機構７によって保持部４を押し下げ、光ファイバ１の先端を研磨面５に押し当て、その光ファイバと研磨面との接触角が所定の大きさα０となるように光ファイバ１を撓わませた状態で保持する。このときの保持部４の高さをＨとする。この撓みによって光ファイバ１の先端には押し付け力ｆが作用する。
【００７０】
次に、ｘ送り機構とｙ送り機構を制御して、光ファイバ１の保持部４を、例えば長軸２Ａ、短軸２Ｂの楕円軌道に動作させ、かつそのとき長軸方向（または短軸方向）の位置に応じてｚ送り機構を制御して、光ファイバ１の保持部４を上下させると、保持部４は例えば長軸両端のしゃくれた３次元のループ状の軌道を描く。
【００７１】
このｘ送り機構とｙ送り機構の楕円軌道動作によって、光ファイバ先端と研磨面との接触位置が、光ファイバの円周方向に沿って移動（円周移動）するが、その際、長軸位置に応じたｚ送り機構の上下動作によって、光ファイバと研磨面との接触角及び押し付け力が変動する。
【００７２】
ここでｚ送り機構の上下動作を、図５に示すように、長軸両端でｄｚ上昇させて最高とし、徐々に低下して長軸の中央で最低となるように定めると、長軸両端で接触角は最大（αｍａｘ）、押し付け力は最小となり、移動とともに徐々に変化して長軸の中央で接触角は最小（αｍｉｎ）、押し付け力は最大となる。
【００７３】
このとき、光ファイバ１の先端の軌跡は厳密には楕円状の軌跡から歪んで、ｘ軸に長軸２ａ、ｙ軸に短軸２ｂのループ軌跡となる。
【００７４】
このループ軌跡上では長軸方向の移動成分が大きいほど（すなわち長軸方向の中央に近いほど）軌跡の曲率は緩やかであり、その結果光ファイバの捩れは小さく、したがってそのときの光ファイバ１の先端の円周上の接触点における接触時間は長くなり、かつ押し付け力も大きくなり、それらが相乗して研磨量がより大きくなる。
【００７５】
逆に、短軸方向の移動成分が大きいほど（すなわち長軸方向の両端に近いほど）軌跡の曲率は急峻であり、その結果光ファイバの捩れは大きく、したがってそのときの光ファイバ１の先端の円周上の接触点における接触時間は短くなり、かつ押し付け力も小さくなり、それらが相乗して研磨量はより小さくなる。
【００７６】
その結果、光ファイバ１の先端は円周に沿って研磨され、短軸と交わる円周上で接触角が最小αｍｉｎ、研磨量が最大で、周方向に移動（円周移動）するにしたがい接触角が大きくかつ研磨量が小さくなり、長軸と交わる円周上で接触角が最大αｍａｘ、研磨量が最小となる錘面が形成される。
【００７７】
以上の工程を基本に、次々と研磨工程を繰り返すことにより複焦点レンズを形成する方法を図６に示す。
【００７８】
ｎ回目の工程のパラメータにサフィックスｎを付加する。ｎ回目の工程の次に（ｎ＋１）回目の工程として、光ファイバ先端と研磨面の接触角が前回より僅かに大きいα１となるように、保持部４と研磨面５の距離を増す方向へｄＨｎだけ高くして光ファイバ１を保持し、かつ光ファイバ１の先端の軌跡が前回と僅かに径の異なるか等しい楕円状の軌跡（長軸２ａｎ＋１、短軸２ｂｎ＋１）を描くように、保持部４の軌道を前回と僅かに異なるか等しい３次元のループ状の楕円軌道（長軸２Ａｎ＋１、短軸２Ｂｎ＋１）とし、ｚ送り機構の上下動作を長軸両端でｄｚｎ上昇させて光ファイバの先端を研磨すると、前述の形状と相似のｎ回目の錘面の先にｎ＋１回目の錘面が形成される。
【００７９】
同様に、この工程を逐次繰り返すと、光ファイバ先端には錘面が多段に形成され、かつ光ファイバ１の先端の平坦部は次第に小さくなり、さらに工程を繰り返して接触角が次第に大きくなり光ファイバ先端の中心またはその近傍が研磨されるまで実行すると、長軸方向には曲率半径が小さく、短軸方向には曲率半径の大きな先端形状を持った光ファイバ、すなわち複焦点レンズを有する光ファイバを形成される。
【００８０】
このｚ方向上昇値ｄｚを選択することにより、光ファイバ１と研磨面の円周方向の接触位置に応じて接触角と押し付け力を任意に変化させることができる。したがって、より精密な形状コントロールが可能になり、複焦点レンズはもちろん、複雑な非球面レンズ形状のファイバ先端加工も容易に可能となる。
【００８１】
（第３の実施の形態）
図７（ａ）は、本発明の第３の実施形態における基本動作の説明図である。
【００８２】
１は加工対象である光ファイバ、４はその光ファイバを装着する保持部、５は例えばアルミナ微粒子の塗布された研磨シート５の研磨面である。
【００８３】
ここで、保持部４を搭載し研磨面５に対して垂直方向に移動させるｚ送り機構、ｚ送り機構７を搭載した光ファイバ１を研磨面５と平行にｘ，ｙ方向に移動させるためのｘ送り機構、ｙ送り機構は省略しているが、第１、２の実施の形態と同様に構成されている。
【００８４】
第３の実施の形態の特長は、第２の実施の形態がファイバ保持部４を長軸位置に対向してｚ送り機構で上下していたのに対し、研磨面５を角度γを有する山形で構成し、実質的に第２の実施の例と同様の効果を実現しているものである。
【００８５】
したがって、第３の実施の形態の動作は、基本動作及び繰り返し動作ともに、上述の第２の実施の形態のもの同様である。
【００８６】
なお、ここでは、研磨面５を山形としたが、図７（ｂ）に示すように、谷形（凹面）であっても同様の効果を奏することはいうまでもない。
【００８７】
以上の実施の形態では、保持部の軌道は単一のループを基本として、その大きさを徐々に変化させた形状を想定しているが、互いに逆回転する複数のループを組み合わせて加工することも有効である。
【００８８】
図８に、楕円軌道を２個組み合わせた８の字状の複ループの例を示す。この複ループを用いると、光ファイバの先端は研磨面で８の字状の軌跡を形成し、よって、滑らかに逆回転ループに移行することができる。これにより逆方向からも研磨できるので、この動作で微量の研磨を繰り返すことにより、対称性の優れた高精度な加工を実現することができる。
【００８９】
以上の実施の形態において、説明の便宜上、光ファイバの保持部の軌道は楕円軌道を例に説明した。
【００９０】
この楕円軌道は一般に、
ｘ２／Ａ２  ＋  ｙ２／Ｂ２  ＝  １          ・・・（１）
と表される。Ａ，Ｂはそれぞれ長軸、短軸に対応する定数である。楕円軌道上の点、すなわち保持部の位置の座標（ｘ、ｙ）を、原点回りの角度θを用いて次のように表すと便利である。
【００９１】
ｘ＝Ａcosθ、  ｙ＝Ｂsinθ              ・・・（２）
θを時間ｔとともに十分小さな刻みdθで変化させると  θ＝dθ・ｔ  であるから、式（２）は
ｘ(t)＝Ａcos（dθ・ｔ）、  ｙ(t)＝Ｂsin（dθ・ｔ） ・・・（３）
と表せる。すなわち時間ｔにおけるｘ(t)、ｙ(t)の値をそれぞれｘ送り機構、ｙ送り機構に伝えて保持部をその位置に移動させるようにすれば、時間ｔとともにθがゼロから２πまで変化する間に保持部は楕円軌道を１周する。
【００９２】
上述の説明ではＡ，Ｂは定数であったが、これを時間ｔの関数とした場合は、保持部の軌道は式（１）で示される楕円から徐々に離れる渦巻き状となり、その結果、光ファイバ先端の軌跡を渦巻き状とすることが出来る。これを説明すると、Ａ，Ｂを時間ｔの関数Ａ(t)、Ｂ(t)と表し、次のようにおく。
【００９３】
Ａ(t)＝Ａ０＋dＡ・ｔ  、  Ｂ(t)＝Ｂ０＋dＢ・ｔ      ・・・（４）
これを式（３）に代入すると、保持部の位置は
ｘ(t)＝（Ａ０＋dＡ・ｔ）・cos（dθ・ｔ）、
ｙ(t)＝（Ｂ０＋dＢ・ｔ）・sin（dθ・ｔ）  ・・・（５）
となる。
【００９４】
これからわかるように、保持部の位置（ｘ(t)、ｙ(t)）は、もしdＡ、dＢが正であれば、時間とともに膨張する楕円（dＡ、dＢが負であれば、時間とともに収縮する楕円）の上に存在することになり、その結果、保持部の軌道は渦巻き状となる。また、上述のように楕円をベースとせず、平面幾何学の放物渦巻き関数、対数渦巻き関数を位置の関数として用いることによっても、渦巻き状の軌道が実現でき、その結果、光ファイバ先端の軌跡を渦巻き状とすることが出来ることも言うまでもない。
【００９５】
光ファイバ先端の軌跡が楕円など閉ループのときは、先端と研磨面の距離が同じ間は、先端と研磨面の接触部は常に同じ軌跡上を周回移動するので、研磨面は周回とともに次第に劣化し、研磨能率が低下する。一方、光ファイバ先端の軌跡を渦巻き形状にすると、先端と研磨面の接触部は常に新しい場所を移動するので、高い研磨能率を維持することができるという効果がある。
【００９６】
このように、本発明においては、光ファイバの先端の軌跡は、楕円状のような閉ループ状には限られず、渦巻き状のような開ループ状であってもよい。
【００９７】
また、光ファイバの保持部のループ軌道を、例えば多項式で表わし、その多項式の各係数を適宜選択することにより、より詳細に光ファイバの先端の軌跡を制御し、より複雑な非球面レンズを形成することもできる。
【００９８】
また、説明の便宜上、光ファイバの保持部の動作をループ軌道とし、所定回数後に光ファイバの保持部と研磨面５の距離を増す方向へ僅かに増加させ、錘面を積み重ねる例で説明したが、各送り機構が協働する（並行して動作する）ことにより、光ファイバの保持部を楕円に近いが微小かつ連続的なピッチで軌道を変化させる渦巻き状の軌道を形成でき、これにより、光ファイバ先端による渦巻き状の軌跡を形成できる。また、光ファイバの保持部の渦巻き状の軌道にファイバ保持部と研磨面５の距離の微小かつ連続的なピッチでの増加を重畳させた螺旋状軌道を形成できる。このような制御によっても、適切なピッチ選択によって近似的に上述の実施の形態と等価の作用が実現できることが明らかである。
【００９９】
また、以上の実施の形態においては、保持部４と研磨面５との距離を増す方向に変化させる場合を例にとって説明したが、これとは逆に保持部４と研磨面５との距離を減らす方向に変化させる工程も可能である。すなわち、はじめに取保持部４と研磨面５との距離を大きく設定して光ファイバ１の撓みを十分小さく（すなわち光ファイバ先端の接触角α０を十分大きく）しておき、保持部４と研磨面５との所定の相対移動の後に（あるいは重畳して）、保持部４と研磨面５との距離を減らして設定し接触角α１を小さくして、ふたたび保持部４と研磨面５とを相対移動させる、これを繰り返せば、同様に光ファイバ先端に球面レンズや複焦点レンズが形成されることは言うまでもない。
【０１００】
また、以上の実施の形態においては、光ファイバを移動させる例について説明したが、光ファイバ（保持部）と研磨面のどちらか（あるいは両方）を移動させればよく、必要なことは光ファイバ（保持部）と研磨面の相対的な移動であることはいうまでもない。
【０１０１】
さらに、説明の便宜上、相対移動の手段として、ｘ，ｙ，ｚ軸の直交移動機構を例に説明したが、これに限るものではなく、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の移動成分の実現することが本質的な要素であり、スカラーロボット、多関節ロボットなどを用いて構成できることもいうまでもない。
【０１０２】
また、光ファイバの加工本数は１本の例で説明したが、保持部を光ファイバが多数本装着できるようにすることにより、容易に同時に多数本の光ファイバのくさび加工ができることも言うまでもない。
【０１０３】
また、接触角の変化量を一定とせずに、変化量が段階的に大きくまたは小さくなるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における基本動作の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における基本動作により形成される光ファイバ先端の形状を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における繰り返し動作の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における繰り返し動作により形成される光ファイバ先端の形状を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における基本動作の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における繰り返し動作の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における基本動作の説明図である。
【図８】楕円軌道を２個組み合わせた８の字状の複ループの例を示す図である。
【図９】半導体レーザと光ファイバの結合を示す図である。
【図１０】複焦点レンズの形状を示す図である。
【図１１】第１の従来例（複焦点レンズ光ファイバの加工方法）を示す図である。
【図１２】第２の従来例（円筒レンズ光ファイバの加工方法）を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  光ファイバ
４  保持部
５  研磨面
７  ｚ送り機構
８  ｘ送り機構
９  ｙ送り機構
【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】
2005266073.tif 000011
【図１０】
2005266073.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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