(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする問題点は、超高真空中等の人の手で直接作業が行えない環境において、マグネットローダ等を用いて受側光ファイバコネクタに  差込側光ファイバコネクタを接続する場合、十分な軸合わせ精度が出ないため接続することが困難であった点である。【解決手段】光ファイバ素線の端末処理を行うフェルールと、前記フェルールに周設する差込ガイドと、前記フェルールに対して、長手方向及び軸方向に力を及ぼす弾性体と、前記弾性体を収納し、前記フェルールの移動を規制するハウジングと、を備えた光ファイバコネクタであって、少なくとも前記フェルールが軸方向に変位自在であることを特徴とする光ファイバコネクタ。【選択図】        図１
2005309028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ素線の端末処理を行うフェルールと、
前記フェルールに周設する差込ガイドと、
前記フェルールに対して、長手方向及び軸方向に力を及ぼす弾性体と、
前記弾性体を収納し、前記フェルールの移動を規制するハウジングと、を備えた光ファイバコネクタであって、
少なくとも前記フェルールが軸方向に変位自在であることを特徴とする光ファイバコネクタ。
【請求項２】
前記差込ガイドにガタを有して内接し、差込側光ファイバコネクタを誘導するスリーブと、
フランジ部を有し、前記フェルールを保持するフェルール保持手段と、を備えた請求項１に記載された受側光ファイバコネクタであって、
前記弾性体がテーパ型弦巻バネであり、
前記テーパ型弦巻バネによって前記フェルール保持手段のフランジ部を前記ハウジング内側に押圧することを特徴とする受側光ファイバコネクタ。
【請求項３】
気密に設けられた試料観察室と、
前記試料観察室内に設置された第１の請求項１又は２に記載された光ファイバコネクタと、
前記第１の光ファイバコネクタに対面した遠隔操作手段と、を備えた試料観察装置において、
前記第１の光ファイバコネクタに前記遠隔操作手段に保持された第２の光ファイバコネクタの着脱を行うことを特徴とする試料観察装置。
【請求項４】
前記遠隔操作手段がマグネットローダであることを特徴とする請求項４に記載した試料観察装置。
【請求項５】
前記試料観察装置が探針と試料との間に作用する物理量を検出する走査形プローブ顕微鏡であることを特徴とする請求項３又は４に記載した試料観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの端面に取り付けられる光ファイバコネクタ及び気密中の試料を観察する試料観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、探針を金属、半導体、絶縁体、高分子材料又は生体等の試料表面に接近させ、探針と試料表面に生ずる物理量が一定になるよう試料表面をなぞることにより原子レベルの表面形状及び物性を測定する走査形トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、磁気力顕微鏡、摩擦力顕微鏡、マイクロ粘弾性顕微鏡、表面電位差顕微鏡、走査形近接場顕微鏡及びその類似装置の総称である走査形プローブ顕微鏡による観察が重要となっている。特に、光ファイバの先端を尖らせた探針を用いて、試料の光学的性質を知ることができる走査形近接場光顕微鏡が注目されている。
【０００３】
しかし、前述した走査形近接場顕微鏡での観察は、時として超高真空環境で行われ、また、測定ユニットを冷却を行うためのクライオスタット等に移動させることがあるが、狭い装置内において光ファイバケーブルが接続された測定ユニットを移動させると、光ファイバケーブルの十分な曲げ半径がとれず破損する危険性があった。
【０００４】
また、装置内の光ファイバ同士又は光ファイバと光部品とを光学的に接続する場合、光ファイバコネクタを用いられる場合が多いが、従来、光ファイバコネクタは直接人の手によって、或いはジグを介して行われることが前提とされていた。しかし、超高真空環境においては人の手で作業することができず、走査形近接場顕微鏡に設置されているマグネットローダでは十分な軸合わせ精度が出ないため、受側光ファイバコネクタに差込側光ファイバコネクタを接続することは困難であった。そして、超高真空下で使用できる光ファイバコネクタも存在しない。
【０００５】
なお、従来技術としては、フェルールが傾かず、フェルール同士が面で接触して、光ファイバ同士が十分フィジカルコンタクトし、接続損失の少ない光ファイバコネクタがある（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開平２００２−１３１５８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする問題点は、超高真空中等の人の手で直接作業が行えない環境において、マグネットローダ等を用いて受側光ファイバコネクタに差込側光ファイバコネクタを接続する場合、十分な軸合わせ精度が出ないため接続することが困難であった点である。また、光ファイバコネクタを超高真空下で使用可能にするようにしたことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、光ファイバ素線の端末処理を行うフェルールと、前記フェルールに周設する差込ガイドと、前記フェルールに対して、長手方向及び軸方向に力を及ぼす弾性体と、前記弾性体を収納し、前記フェルールの移動を規制するハウジングと、を備えた光ファイバコネクタであって、少なくとも前記フェルールが軸方向に変位自在であることを特徴とする光ファイバコネクタである。
【０００９】
請求項２の発明は、前記差込ガイドにガタを有して内接し、差込側光ファイバコネクタを誘導するスリーブと、フランジ部を有し、前記フェルールを保持するフェルール保持手段と、を備えた請求項１に記載された受側光ファイバコネクタであって、前記弾性体がテーパ型弦巻バネであり、前記テーパ型弦巻バネによって前記フェルール保持手段のフランジ部を前記ハウジング内側に押圧することを特徴とする受側光ファイバコネクタである。
【００１０】
請求項３の発明は、気密に設けられた試料観察室と、前記試料観察室内に設置された第１の請求項１又は２に記載された光ファイバコネクタと、前記第１の光ファイバコネクタに対面した遠隔操作手段と、を備えた試料観察装置において、前記第１の光ファイバコネクタに前記遠隔操作手段に保持された第２の光ファイバコネクタの着脱を行うことを特徴とする試料観察装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、前記遠隔操作手段がマグネットローダであることを特徴とする請求項４に記載した試料観察装置である。
【００１２】
請求項５の発明は、前記試料観察装置が探針と試料との間に作用する物理量を検出する走査形プローブ顕微鏡であることを特徴とする請求項３又は４に記載した試料観察装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、フェルール保持部材及びその付属部分が弾性体により支持されているためフェルール保持部材等が軸方向に所定量移動し、受側光ファイバコネクタと差込側光ファイバコネクタの軸の不一致を吸収し、容易に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の構成を図１を用いて説明する。図１は受側光ファイバコネクタの断面図である。ハウジング６内には、光ファイバケーブル１の端末処理を行うフェルール２を保持するフェルール保持部材４及びバネ７が収納されている。フェルール２は光ファイバ１を支持する円筒棒状の部品で、光ファイバ単体では細く折れ易いため、光ファイバをフェルール中心に接着固定し、フェルール同士をお互いに突き合わせることにより光ファイバを精度良く接続する。フェルール２接続面には面取りが成され、光ファイバ１が現れている。光ファイバケーブル１はテフロン（登録商標）等のベーク、超高真空（以下「ＵＨＶ」という）及び液体ヘリウム温度環境でも使用することができる材料で被覆されている。また、フェルール保持部材４はバネ７によりハウジング６内面に押止されている。バネ７はテーパ型弦巻バネである。バネ７は、板バネや、ゴム等の弾性体でもよい。バネ７の形状は、筒状でもよいが、テーパ状であるとより有効である。フェルール保持部材４上面には、スリーブ保持部材５が設置され、ハウジング６の開口部より突起し、フェルール保持部材４のフランジ部で係止している。スリーブ保持部材５内側にはスリーブ３が機械的にガタを有して収納されている。図１２はスリーブ３の正面断面図及び側面図である。スリーブ３は後述する図２における差込側フェルール９とミクロンオーダのはめ合い精度を有している。ハウジング６、フェルール保持部材５、フェルール２及びスリーブ３はセラミックやジルコニウム等の固く、高温に加熱してもガス等を出さない材料で構成されている。これにより、ベーク、ＵＨＶ、液体ヘリウム温度環境で使用することができる。スリーブ保持部材５の内径はスリーブ３外形より多少大きめに製作されている。スリーブ保持部材５上面にはツメが設けられているため、スリーブ３は多少ガタを有した状態で保持される。スリーブ３はフェルール２に固定されている。
【００１６】
また、図２を用いて差込側光ファイバコネクタの構造を説明する。光ファイバ８の端面処理であるフェルール９はフェルール保持部材１０により保持されている。光ファイバ８ケーブルはテフロン（登録商標）等の材料で被覆されている。フェルール保持部材５、フェルール２及びスリーブ３はセラミックやジルコニウム等の固く、高温に加熱してもガス等をださない材料で構成されている。
【００１７】
以上、本発明の構成の各部について説明したが、次に動作について説明する。図４は差込側光ファイバコネクタ１４と受側光ファイバコネクタ１３を接続する前の図である。光ファーバー１、８を接続する場合、ミクロンオーダでその中心を合わせなければならないが、試料観察室外からマグネットローダ等の遠隔操作機器を用いてミクロンオーダの軸合わせを行うことは難しい。図４においても、±１ｍｍ程度軸がズレている。差込側光ファイバコネクタ１４を受側光ファイバコネクタ１３に移動させると、受側光ファイバコネクタ１３のスリーブ保持部材５及びスリーブ３の先端に形成されているテーパ面と差込側光ファイバコネクタ１４先端に形成されているテーパ面が係合する。これにより、フェルール保持部材４、フェルール２、光ファイバ１等の互いに固定されている部材が軸方向左に平行に移動する力が加わる。フェルール保持部材４等はバネ７で支持されているため、差込側光ファイバコネクタ１４が入るに従い、フェルール保持部材４等が左へ移動して軸のズレを吸収する。光ファーバー１、８を接続する場合、ミクロンオーダでその中心を合わせなければならないが、その端末処理であるフェルール２、９はミクロンオーダで製作されており、ミクロンオーダのはめ合精度を有するスリーブによりフェルール２、９の外形同士の位置合わせを行うことにより、結果として光ファイバーの軸もミクロンオーダで合う。
【００１８】
図５は差込側光ファイバコネクタ１４に受側光ファイバコネクタ１３が接続した後の断面図である。ハウジング６中心と光ファイバ１、８がズレている。このように、バネ７を有する受側光ファイバコネクタ１３を用いることにより、バネ７の変形を利用して、±１ｍｍ程度の軸のズレを吸収することができる。受側光ファイバコネクタ１３及び差込側光ファイバコネクタ１４のフェルール２、９同士はスリーブ３で保持され、ミクロンオーダの精度で軸が合っている。また、受側のフェルール２は３Ｎ前後の力で押され、光ファイバ１、８同士は十分にフィジカルコンタクトしている。
【００１９】
吸収できるズレは、スリーブ保持部材５及びスリーブ３開口部のテーパ面及びバネ７のストロークによるため、大きなズレが予測される場合は、テーパ面及びバネ７のストロークを大きくする。
【００２０】
また装着後、加熱又は冷却を行うと、温度差による熱伸縮で軸のズレが生じる場合があるが、同様にバネ７により吸収することができる。スリーブ３はフェルール２、９以外に固定されていないため、フェルール２、９同士の接続面の温度変化による相対的な熱伸縮は極めて小さく、光ファイバ１、８の軸精度をミクロンオーダで維持できる。フェルール２とスリーブ３を同種の材料でそろえると、なお高い軸精度が維持できる。
【００２１】
差込側光ファイバコネクタ１４を外した場合、受側光ファイバコネクタ１３のフェルール保持部材４等ははバネ７の復元力によって差込む前の位置に戻る。
【００２２】
図６、７は光ファイバ１、８の軸の傾斜角度がズレた場合である。この場合も、上記図４、５同様にバネ７により、ズレを吸収することができる。
【実施例２】
【００２３】
本発明の構成を図を用いて説明する。図１０は本発明による光ファイバコネクタを用いた試料観察装置の外観図である。テーブル３５はダンパ３６を介して設置されており、テーブル３５上面には試料観察室１５が設置されている。試料観察室１５は気密が保持されており、真空継手２３を介してマグネットローダ２４が接続されている。マグネットローダ２４の替わりにモータ等で駆動する方式の遠隔操作機器でもよい。また、試料観察室１５には複数の真空継手２３が設置されており、オプション等の機器を接続できるよう構成されている。さらに、試料観察室１５には配管３９を介して真空ポンプ３７及びガスボンベ取付ターミナル３８が設置されている。
【００２４】
図８は、図１０における試料観察室１５の断面模式図である。試料観察室１５に設置された真空継手２３には、ローダケース２５が気密に接続されている。ローダケース２５外周には外側マグネット２６及び２７が移動自在に取り付けられており、ローダケース２５内部には内側マグネット２８及び２９が移動自在に取り付けられている。外側グネット２６は内側マグネット２８と、外側マグネット２７は内側マグネット２９とお互いに磁力により引き合っている。
【００２５】
内側マグネット２８にはパイプ３１が固定されており、パイプ３１の他端にはクランパベース３２が固定されている。一方、内側マグネット２９にはシャフト３０が固定されており、シャフト３０はパイプ３１の内側を通って、クランパレバー３３と図示しないリンク部を介して接続されている。クランパレバー３３及び図示しないリンク部は、マジックハンドのように構成されている。クランパベース３２とクランパレバー３３間に、差込側光ファイバコネクタ１４が着脱自在に挟まれている。
【００２６】
一方、試料観察室１５内部は移動自在に走査形プロローブ顕微鏡セル２２（以下、「ＳＰＭセル」という）が収容されている。ＳＰＭセル２２には図示しない別のマグネットローダが設置されており、試料観察室１５外部よりの操作で試料観察室１５内を自在に移動させるよう構成されている。
【００２７】
ＳＰＭセル２２内部の上部にはスキャナベース１９が設置されており、スキャナベース１９下面にはスキャナ１８が設置されている。スキャナ１８はピエゾ素子で構成されており、図示しない電源により電圧を印加することにより、ナノレベルで自由端が３次元方向に変位する。スキャナ１８の自由端には走査形近接場顕微鏡用探針１６が設置されている。走査形近接場顕微鏡用探針１６の代わりに、光干渉型ＡＦＭのカンチレバーでもよい。また、ＳＰＭセル２２側面には受側光ファイバコネクタ１３が設置されている。受側光ファイバコネクタ１３の構造は実施例１における図１と同様である。受側光ファイバコネクタ１３に接続されている光ファイバ２０は探針１６に接続されている。また、ＳＰＭセル２２底面には試料ステージ２１が設置されており、試料ステージ２１上面には試料１７が着脱自在に置載されている。
【００２８】
以上、実施例２における各部の構成について説明したが、次に動作について説明する。外側マグネット２６及び２７は間隔を空けて配置されているが、左側に間隔を維持したままに並行移動すると、ローダケース２５を介して磁気により引き付けられている内部マグネット２８、２９も間隔を維持したまま移動し、内部マグネット２８に固定されているシャフト３０及びハンド部３４も左方向に移動する。つまり、差込側光ファイバコネクタ２９がクランパレバー３３に挟まれたまま左方向に移動する。さらに外側マグネット２６、２７の間隔を維持したまま左に移動させて、受側光ファイバコネクタ１３に差込側光ファイバコネクタ１４を接続させる。
【００２９】
この場合、マグネットローダ２４は機械的なガタがあるため、受側光ファイバコネクタ１３と差込側光ファイバコネクタの光軸は平行に±１ｍｍ程度ズレる場合や、光軸の角度がズレる場合がある。しかし、受側光ファイバコネクタ１３はバネを有しているため、実施例１と同様に光軸のズレを吸収することができる。
【００３０】
接続後、外側マグネット２６を動かさず、外側マグネット２７のみを左側に動かすと、内側マグネット２９及びシャフト３０が連動して動き、マジックハンドのようにクランパレバー３３開くため、差込側光ファイバコネクタ１４を開放する（図９）。
【００３１】
そして、外側マグネット２６、２７を同時に右側の待機位置に移動させる。ＳＰＭセル２２に光ファイバが接続され、測定可能な状態になる。
【００３２】
ＳＰＭセル２２を、例えば冷却するための図示しないクライオスタットに移動させて測定したい場合は、同様な作業を繰り返し、差込側光ファイバコネクタ１４をはずして、ＳＰＭセル２２を図示しない測定位置まで移動させる。光ファイバを接続したまま、ＳＰＭセル２２を移動させると、光ファイバが許容曲げ半径以下に曲げられ、また、光ファイバに許容張力以上の力がかかり、光ファイバを破損する可能性があるからである。移動した後は、図示しない測定ポジションにおける図示しない別のマグネットローダを用いて図示しない別の差込光ファイバコネクタを同様に接続して測定を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による受側光ファイバコネクタの断面図である。
【図２】本発明による差込側光ファイバコネクタの断面図である。
【図３】本発明による光ファイバコネクタが接続した後の断面図である（軸が合っている場合）。
【図４】本発明による光ファイバコネクタを接続する時の断面図である（軸が平行にズレている場合）。
【図５】図４において接続した後の断面図である。
【図６】本発明による光ファイバコネクタを接続する時の断面図である（軸の傾斜角度がズレている場合）。
【図７】図６において接続した後の断面図である。
【図８】本発明による光ファイバコネクタを備えた試料観察装置の断面図である。
【図９】図８において光ファイバコネクタを接続させた後の試料観察装置の断面図である。
【図１０】本発明による光ファイバコネクタを備えた試料観察装置の外観図である。
【図１１】フェルールの断面図及び側面図である。
【図１２】スリーブ断面図及び側面図である。
【図１３】従来技術における光ファイバコネクタを接続した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  光ファイバ
２  フェルール
３  スリーブ
４  フェルール保持部材
５  スリーブ保持部材
６  ハウジング
７  テーパ型バネ
８  光ファイバ
９  フェルール
１０  フェルール保持部材
１１  受側光ファイバコネクタ取付部
１２  差込側光ファイバコネクタ取付部
１３  受側光ファイバコネクタ
１４  差込側光ファイバコネクタ
１５  試料観察室
１６  探針
１７  試料
１８  スキャナ
１９  スキャナベース
２０  光ファイバ
２１  試料ステージ
２２  ＳＰＭセル
２３  真空継手
２４  マグネットローダ
２５  ローダケース
２６  外側マグネット
２７  外側マグネット
２８  内側マグネット
２９  内側マグネット
３０  シャフト
３１  パイプ
３２  クランパベース
３３  クランパレバー
３４  ハンド部
３５  テーブル
３６  ダンパ
３７  真空ポンプ
３８  ガスボンベ取付ターミナル
３９  配管
４０  のぞき窓
【図１】
2005309028.tif 000003
【図２】
2005309028.tif 000004
【図３】
2005309028.tif 000005
【図４】
2005309028.tif 000006
【図５】
2005309028.tif 000007
【図６】
2005309028.tif 000008
【図７】
2005309028.tif 000009
【図８】
2005309028.tif 000010
【図９】
2005309028.tif 000011
【図１０】
2005309028.tif 000012
【図１１】
2005309028.tif 000013
【図１２】
2005309028.tif 000014
【図１３】
2005309028.tif 000015