(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を所定量減衰させ、光の強さを調整して出力する可変光減衰器（１）において、
少なくとも一端が軸受部材（５）によって回転可能に支持されて入射光の光路にほぼ直角に配置されており、円柱棒状の部分と、自身の回転に応じて前記入射光のビームの通過量を連続的に可変する遮蔽部（３）とを有する軸部材（２）と、
前記軸部材の回転移動量を制御する駆動制御手段（６，７）と、
板部と該板部から該板部の面と平行に突出した突出部（８ａ）とで成り、前記軸部材に付された遮蔽板（８）とを備え、
前記遮蔽部は、前記軸部材の前記円柱棒状の一部が断面扇状に３／４だけ欠切されて前記円柱棒状の部分と一体形成されており、前記欠切された箇所は２つの平面を成し、該２つの平面の交わる稜線は前記軸部材の中心軸と合致しており、
前記遮蔽板は、前記入射光の光路上で前記稜線から前記軸部材の半径方向外向きに所定量突出するように前記２つの平面の一方の平面（３ｃ）上に付されており、
前記軸部材が所定量回転したときに、前記突出部が前記入射光の光強度の強いビームの中心部を遮蔽するとともに、前記軸部材の回転に伴う光減衰量変化が小さくなるように成したことを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
前記突出部（８ａ）の形状は、二等辺三角形状であることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【請求項３】
前記突出部（８ａ）の形状は、半円状の曲面形状であることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバから入射される光を所定量減衰させ、光の強さを調整して出力する可変光減衰器に関し、特にハイパワーの光入力に対しても常に安定した減衰特性が得られる可変光減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバから入射される光の強さを調整する可変光減衰器として、回転式の減衰板が知られている。この回転式の減衰板は、回転可能に支持された円板の表面に金属膜が施されたものである。金属膜は、光が入射される円板の表面に対し、回転方向である円周方向に徐々に濃度が変化するように蒸着により薄膜形成されている。
【０００３】
上記構成による回転式の減衰板では、光ファイバの光の出射位置に対し、所望の減衰量が得られる金属膜の位置まで円板を一方向に回転させる。これにより、光ファイバから入射された光は円板上の金属膜により減衰され、この減衰された光が円板を透過して出射される。
【０００４】
しかしながら、上述した従来の回転式の減衰板は、光ファイバから入射される光がハイパワーのものには対応することができなかった。すなわち、上記減衰板に対してハイパワーの光が入射されると、その光の一部が金属膜に吸収される。ところが、金属膜が蒸着による薄膜で形成されているので、吸収した熱を放熱することができず、その熱によって金属膜の一部が蒸発してしまう。しかも、金属膜が熱を吸収するだけでなく、常に外気に晒された状態なので、金属膜の表面が酸化してしまう。その結果、光ファイバから入射される光の減衰量が変化してしまい、所望の減衰量を得ることができなかった。
【０００５】
そこで、上述した従来の回転式の減衰板のように発熱によって減衰性能が変わることがなく、ハイパワーの光入力にも対応できる可変光減衰器として、図９に示すものが提案されている。
【０００６】
図９に示す可変光減衰器５１は、光ファイバから入射される光を物理的に遮断するものである。可変減衰器５１は、矩形状の本体５２の対向する側面５２ａと側面５２ｂとの間に直線状の貫通穴５３が形成されている。本体５２の両側面５２ａ，５２ｂには、貫通穴５３に臨むようにして一対の光ファイバ５４（５４ａ，５４ｂ）が取り付けられる。貫通穴５３は、一対の光ファイバ５４ａ，５４ｂの光路を形成している。本体５２の上面５２ｃには、貫通穴５３と直交する方向に貫通穴５３に連通してネジ穴５５が形成されている。ネジ穴５５には、貫通穴５３に対して先端部が進退移動するようにネジ５６が取り付けられている。
【０００７】
上記構成による可変光減衰器５１では、ネジ５６を所定量回転させてネジ５６の先端部を貫通穴５３（光路）に進入させる。この貫通穴５３に対するネジ５６の先端部の進入量によって光ファイバ５４ａから入射される光の減衰量が決定される。そして、ネジ５６の調整により光の減衰量が決定されると、光ファイバ５４ａから入射された光は、貫通穴５３に突出するネジ５６の先端部により遮られて減衰し、この減衰した光が光ファイバ５４ｂから出射される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示す従来の可変光減衰器５１では、貫通穴５３が光ファイバ５４ａからの入射光の光路を形成しており、この貫通穴５３に対してネジ５６が進退するようにネジ５６が回転移動する。このため、ネジ５６とネジ穴５５との間に所定量の遊びを持っている。従って、ネジ５６自身にガタつきがあり、ネジ５６の回転移動に伴い、ネジ５６自身が偏心してブレが生じる。その結果、入射光の減衰量が安定せずに変化し、損失変動が生じるという問題があった。
【０００９】
しかも、図９の可変光減衰器５１では、ネジ５６の回転量に対してネジ５６の移動量がリニアに変化する。これに対し、光ファイバ５４ａから入射される光は、中央部分の光量が強く、外側に向かうに従って光量が弱くなるガウスビーム光である。一般に、この種の可変光減衰器５１に入射される半導体レーザの光強度分布は、図１０に示すようなガウシアン分布になっている。そして、減衰量をデシベル［ｄＢ］で表すと、ネジ５６の移動量が一定の場合、減衰量が大きくなるに従い、ネジ５６の回転量に対する減衰変化率が大きくなる。このため、減衰量が大きく場合には高い分解能が必要になり、ネジ５６による一定量の移動では例えば０．０１ｄＢ毎の微量な減衰量設定を行うことができない。
【００１０】
このように、図９の可変光減衰器５１では、ネジ５６を少し回転移動させただけでも入射光の減衰量が大きく変化してしまい、ネジ５６を回転させた時のネジ１回転当たりの入射光の減衰量が異なる。その結果、所望の減衰量が得られにくく、再現性がとれないという問題があった。
【００１１】
さらに、図９の可変光減衰器５１では、減衰量を調整するためのネジ５６自身が周囲温度により歪みを起こして変形することがある。このため、常に安定した減衰量を得ることができず、再現性も悪くなるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハイパワーの入射光に対しても安定した減衰性能を得ることができる可変光減衰器を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、入射光を所定量減衰させ、光の強さを調整して出力する可変光減衰器１において、
少なくとも一端が軸受部材５によって回転可能に支持されて入射光の光路にほぼ直角に配置されており、円柱棒状の部分と、自身の回転に応じて前記入射光のビームの通過量を連続的に可変する遮蔽部３とを有する軸部材２と、
前記軸部材の回転移動量を制御する駆動制御手段６，７と、
板部と該板部から該板部の面と平行に突出した突出部８ａとで成り、前記軸部材に付された遮蔽板８とを備え、
前記遮蔽部は、前記軸部材の前記円柱棒状の一部が断面扇状に３／４だけ欠切されて前記円柱棒状の部分と一体形成されており、前記欠切された箇所は２つの平面を成し、該２つの平面の交わる稜線は前記軸部材の中心軸と合致しており、
前記遮蔽板は、前記入射光の光路上で前記稜線から前記軸部材の半径方向外向きに所定量突出するように前記２つの平面の一方の平面３ｃ上に付されており、
前記軸部材が所定量回転したときに、前記突出部が前記入射光の光強度の強いビームの中心部を遮蔽するとともに、前記軸部材の回転に伴う光減衰量変化が小さくなるように成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の可変光減衰器において、
前記突出部８ａの形状は、二等辺三角形状であることを特徴とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の可変光減衰器において、
前記突出部８ａの形状は、半円状の曲面形状であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による可変光減衰器の第１実施の形態の概略構成を示す図、図２は図１における可変光減衰器の遮蔽部の部分拡大図であり、入射光と遮蔽部の位置関係を示す図である。
【００１７】
以下に説明する本発明の可変光減衰器は、例えば一対の光ファイバの間に配設され、入力側の光ファイバから入射される光を所望の値に減衰させて調整し、この調整された光を出力側の光ファイバから出力するものである。
【００１８】
第１実施の形態の可変光減衰器１（１Ａ）は、図１に示すように、円柱棒状の軸部材２を有している。軸部材２は、光ファイバからの入射光（例えばビーム径が１ｍｍ程度のレーザ光による平行光）の光路にほぼ直角に配置されており、入射光の光軸Ｌ１−Ｌ１と同一平面上で直交する方向に回転可能とされている。
【００１９】
軸部材２の中途位置には、入射光の光路上に遮蔽部３が一体形成されている。図１における遮蔽部３は、入射光が軸部材２の回転軸Ｌ２−Ｌ２近傍を通るように、軸部材２の中央部の円柱部分が断面扇状に３／４だけ欠切されて一体形成される。この遮蔽部３は、入射光の光軸Ｌ１−Ｌ１と直交し、かつ軸部材２の回転軸Ｌ２−Ｌ２と平行をなす平坦なエッジ（稜線）３ａを有する。遮蔽部３は、軸部材２が図１の矢印Ａ方向に回転したときに、エッジ３ａを含む平面３ｂにより、軸部材２の回転に伴って入射光を所定量ずつ遮蔽している。
【００２０】
遮蔽部３は、軸部材２が初期位置にある状態（図１の状態）で、光ファイバからの入射光がエッジ３ａを含む平面３ｂによって減衰されることなく全て通過させる。そして、遮蔽部３のエッジ３ａを含む平面３ｂにより、軸部材２の回転に伴って入射光を所定量ずつ遮光し、入射光を所定量ずつ減衰させる。このように、遮蔽部３は、軸部材２の回転に応じて入射光のビームの通過量を連続的に可変している。
【００２１】
軸部材２は、回転時の軸振れによる機械的誤差（ガタツキ）を減少させるため、コ字状の支持部材４に対し、両端が例えばベアリング等の軸受部材５により回転可能に支持されている。軸部材２は、一端が軸受部材５を介して駆動手段としてのサーボモータ６に連動連結されている。サーボモータ６には、軸部材２の回転量に応じた電気信号を出力するポテンショメータ（不図示）が設けられている。サーボモータ６は、制御回路７によって回転量が制御される。制御回路７は、ポテンショメータからの電気信号によって軸部材２が所定回転角度まで回転駆動されたか否かを判別し、この判別結果に応じて制御信号（回転角度量に相当する信号）をサーボモータ６に入力し、所望の減衰量が得られる位置まで軸部材２を回転させるべく、サーボモータ６を駆動制御している。
【００２２】
軸部材２は、光ファイバからの入射光が遮蔽部３によって遮蔽されることなく全て通過する状態（図１に示す状態）を初期位置としている。また、軸部材２の回転軸Ｌ２−Ｌ２は、この回転軸Ｌ２−Ｌ２と入射光の光軸Ｌ１−Ｌ１の両方の軸に直交する方向であって、入射光の光軸Ｌ１−Ｌ１から所定量ずれた位置にある。図１の例における軸部材２の回転軸Ｌ２−Ｌ２は、光軸Ｌ１−Ｌ１と同一平面上で直交し、光軸Ｌ１−Ｌ１から所定量下方にずれた位置にある。このように回転可能に支持された軸部材２は、制御回路７からの制御信号で駆動制御されるサーボモータ６により、所定回転角度位置まで回転駆動される。
【００２３】
なお、本例では、サーボモータ６及び制御回路７（不図示のポテンショモータを含む）により、軸部材２の回転移動量を制御する駆動制御手段を構成している。
【００２４】
上記構成による可変光減衰器１では、光ファイバからの入射光を減衰させて出力する際、軸部材２がサーボモータ６の駆動により所望の減衰量が得られる位置まで一方向に所定回転角度だけ回転して停止する。これにより、光ファイバからの光が軸部材２の回転軸Ｌ２−Ｌ２近傍に入射されると、この入射光は、軸部材２の遮蔽部３のエッジ３ａを含む平面３ｂによって遮られ、所望の減衰量だけ減衰して出力される。
【００２５】
ここで、軸部材２の遮蔽部３のエッジ３ａの形状を平坦にした場合の軸部材２の軸回転角度に対する減衰量変化シミュレーションの結果を図３に示す。なお、図３では、軸部材２の回転角度に対する減衰量変化を実線で示し、軸部材２の回転角度に対する減衰量変化率を破線で示している。
【００２６】
図３からも明らかなように、第１実施の形態の可変光減衰器１Ａでは、例えば軸部材２の回転角度が４５°を超えると、回転角度５°に対し減衰量が２ｄＢの割合で変化している。そして、軸部材２の回転量が一定の場合、減衰量が大きくなるに従って、軸部材２の回転角度に対する減衰量変化率が大きくなっているのが判る。
【００２７】
従って、上記第１実施の形態の可変光減衰器１Ａでは、特に、高い分解能を必要としない減衰量で入射光を減衰する場合に有効である。
【００２８】
ところで、上記第１実施の形態の可変光減衰器１Ａでは、入射光を遮蔽する遮蔽部３のエッジ３ａの形状が平坦なので、軸部材２の回転量が一定の場合、減衰量が大きくなるに従って、軸部材２の回転角度に対する減衰量変化率が大きくなる。このため、減衰量が大きくなると、高い分解能が必要になるが、減衰量によってはサーボモータ６の分解能が不足し、例えば０．０１ｄＢ毎の微量な減衰量設定が行えないおそれがある。
【００２９】
そこで、上記第１実施の形態の可変光減衰器１Ａによる問題を解消した本発明による第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂ（１）を以下に説明する。
【００３０】
図４は本発明による可変光減衰器の第２実施の形態の概略構成を示す図、図５（ａ），（ｂ）は図４における可変光減衰器の遮蔽部の側面図及び断面図、図６は入射光と遮蔽部の位置関係を示す部分拡大図である。
【００３１】
第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂは、可変光減衰器１Ａと比較して、遮蔽部３のエッジ３ａの形状が異なる他は同一構成である。従って、可変光減衰器１Ｂにおいて、可変光減衰器１Ａと同一構成要素には同一番号を付し、その詳細な説明については省略する。
【００３２】
第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂは、図５（ｂ）に示すように、遮蔽部３の平面３ｃ（平面３ｂと直角をなす平面）に遮蔽板８が設けられている。遮蔽板８の中央部分には、三角形状に突出したエッジ８ａを有している。図４及び図５では二等辺三角形によるエッジ８ａの例を示し、図６では直角二等辺三角形によるエッジ８ａの例を示している。この遮蔽板８は、エッジ８ａが遮蔽部３の平面３ｂから所定量突出するように、光ファイバからの入射光の光路上に位置して設けられる。本例における遮蔽板８は、軸部材２が図４に示す状態から矢印Ａ方向に９０°回転したときに、図６に示すように、三角形状の突出したエッジ８ａが入射光のビーム断面の下半部の中心部分を覆うように遮蔽部３の平面３ｃに設けられる。
【００３３】
そして、光ファイバからの入射光を減衰させて出力する場合、高い分解能を必要としない低い減衰量のときは、軸部材２を図６に示す状態まで図４及び図５（ｂ）の矢印Ａ方向に回転させ、遮蔽板８の三角形状のエッジ８ａの先端部で光強度の強い中心部を最初に遮蔽する。そして、高い分解能が要求される減衰量が大きい領域では、入射光の光強度分布の低い部分をエッジ８ａを含む遮蔽部３の平面３ｂで遮蔽する。これにより、軸部材２の回転に伴う遮蔽板８による減衰量変化率を低く抑えることができる。
【００３４】
また、遮蔽板８が設けられる遮蔽部３は、軸部材２の一部を切欠し、遮蔽板８のエッジ８ａを軸部材２の回転軸Ｌ２−Ｌ２に近づけ、回転半径を小さくしている。これにより、サーボモータ６の回転角度に対するエッジ８ａの変位を減少させて分解能を向上させることができる。
【００３５】
ここで、軸部材２の遮蔽部３に設けられる遮蔽板８のエッジ８ａの形状を三角形状にした場合の軸部材２の軸回転角度に対する減衰量変化シミュレーションの結果を図７に示す。なお、図７では、軸部材２の回転角度に対する減衰量変化を実線で示し、軸部材２の回転角度に対する減衰量変化率を破線で示している。
【００３６】
図７からも明らかなように、第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂでは、例えば軸部材２の回転角度が４５°を超えると、回転角度５°に対して減衰量が１ｄＢ前後の割合で変化している。そして、軸部材２の回転角度が約６０°を超えた時点から減衰量変化率が一定しており、軸部材２の回転角度に対する減衰量変化が小さくなっているのが判る。すなわち、第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂでは、前述した第１実施の形態の可変光減衰器１Ａと比較した場合、軸部材２の回転角度に対する減衰量変化が小さくなっている。
【００３７】
従って、第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂは、特に、高い分解能が要求される減衰量で入射光を減衰する場合に有効である。
【００３８】
なお、第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂでは、構成上、三角形状に突出したエッジ８ａを有する遮蔽板８を遮蔽部３とは別体にしているが、遮蔽板８を用いず、三角形状に突出したエッジを有する遮蔽部３としても良い。
【００３９】
このように、上述した各実施の形態の可変光減衰器１（１Ａ，１Ｂ）では、入射光の光路上に遮蔽部３（及び遮蔽板８）を有する軸部材２を設け、この軸部材２をサーボモータ６で回転させる。これにより、軸部材２の回転に応じて遮蔽部３近傍を通過する入射光が遮られ、入射光のビームの通過量が連続的に可変し、入射光が所定量減衰して出力される。これにより、従来の金属を蒸着した減衰板のように、ハイパワー入力による熱の影響で化学変化を起こすことがないので、損失変動が少なく、ハイパワー入力の入射光に対応することができる。
【００４０】
また、軸部材２の回転運動によって入射光を減衰させるので、従来の図９に示すような直線運動による可変光減衰器５１とは異なり、サーボモータ６の動作を変換することなく直接利用できる。これにより、装置の部品点数の削減、簡略化を図ることができる。
【００４１】
さらに、サーボモータ６によって回転駆動される軸部材２を用いて装置の簡略化がされたことに加え、軸部材２を軸受部材５によって支持している。これにより、装置の機械的誤差（ガタツキ）を減少させ、損失変動が少なく、再現性、耐久性の向上を図ることができる。
【００４２】
特に、第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂによれば、三角形状のエッジ８ａを有する遮蔽板８を遮蔽部３の平面３ｃに設けた構成なので、高い分解能を必要としない低い減衰量のときは、遮蔽板８の三角形状のエッジ８ａの先端部で光強度の強い中心部を最初に遮蔽する。そして、高い分解能が要求される減衰量が大きい領域では、入射光の光強度分布の低い部分をエッジ８ａを含む遮蔽部３の平面３ｂで遮蔽する。これにより、軸部材２の回転に伴う遮蔽板８による減衰量変化率を低く抑えることができる。その際、入射光と軸部材との位置関係がずれることなく、軸部材２の回転とともに光を遮る量を変化させることができる。
【００４３】
ところで、第２実施の形態の可変光減衰器１Ｂにおいて、遮蔽部３の平面３ｃに設けられる遮蔽板８のエッジ８ａの形状を三角形状以外の形状、例えば半円状等の曲面形状とすることもできる。
【００４４】
また、上述した各実施の形態の可変光減衰器１Ａ，１Ｂは、軸部材２の両側が支持部材４に対して軸受部材５で支持された構成としているが、軸部材２の片側のみを支持部材４に対して軸受部材５で支持する構成としてもよい。例えば図８に示すように、軸部材２の片側のみを支持部材４に対して軸受部材５で支持し、軸受部材５を介して軸部材２をサーボモータ６に連動連結する構成としてもよい。なお、図８において、遮蔽板８が無い構成とすることもできる。
【００４５】
さらに、各実施の形態の可変光減衰器１Ａ，１Ｂの軸部材２は、自身の回転に伴って入射光を徐々に減衰することができれば、特に円柱状に限定されるものではない。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の可変光減衰器によれば、軸部材が所定量回転したときに、突出部が入射光の光強度の強いビームの中心部を遮蔽するとともに、軸部材の回転に伴う光減衰量変化が小さくなるように成すので、高い分解能を必要としない低い減衰量のときは、遮蔽部の突出部の先端部で光強度の強い中心部を最初に遮蔽し、高い分解能が要求される減衰量が大きい領域では、入射光の光強度分布の低い部分を遮蔽する。これにより、軸部材の回転に伴う遮蔽部による減衰量変化率を低く抑えることができる。その際、入射光と軸部材との位置関係がずれることなく、軸部材の回転とともに光を遮る量を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変光減衰器の第１実施の形態の概略構成を示す図
【図２】図１における可変光減衰器の遮蔽部の部分拡大図であり、入射光と遮蔽部の位置関係を示す図
【図３】図１の可変光減衰器において、遮蔽部のエッジ形状を平坦にした場合の軸部材の軸回転角度に対する減衰量変化シミュレーションの結果を示す図
【図４】本発明による可変光減衰器の第２実施の形態の概略構成を示す図
【図５】（ａ），（ｂ）図４における可変光減衰器の遮蔽部の側面図及び断面図
【図６】図４の可変光減衰器において入射光と遮蔽部の位置関係を示す部分拡大図
【図７】図４の可変光減衰器において、遮蔽部のエッジ形状を三角形状にした場合の軸部材の軸回転角度に対する減衰量変化シミュレーションの結果を示す図
【図８】本発明による可変光減衰器の変形例を示す図
【図９】従来の可変光減衰器の概略構成を示す断面図
【図１０】半導体レーザの光強度分布を示す図
【符号の説明】
１（１Ａ，１Ｂ）…可変光減衰器、２…軸部材、３…遮蔽部、３ａ…エッジ、５…軸受部材、６…サーボモータ、７…制御回路、８…遮蔽板、８ａ…エッジ、Ｌ１−Ｌ１…光軸、Ｌ２−Ｌ２…回転軸。
【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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