(57)【要約】【課題】光学結合装置及びその製造方法において、衝撃、振動等への耐性を持たせ、コストを低減すると共に、反射損失及び挿入損失を抑制する。【解決手段】光学結合装置１は、光ファイバ２と、光ファイバ２の端面２２からの出射光を平行光に変換する球レンズ３と、光ファイバ２及び球レンズ３の光軸を合わせるフェルール４と、を備える。光ファイバ２と球レンズ３とフェルール４とが、光学接着剤５で接着固定される。このため、振動、衝撃等がある環境において、性能の維持を図れる。また、光学接着剤５は屈折率の調整がなされている。このため、球レンズ３と光学接着剤５との界面で生じるフレネル反射による反射損失を低減でき、本装置１全体の反射損失及び挿入損失を抑制できる。さらに、接着された球レンズ３に反射防止コートが施される。このため、予め半面のみに該コートが施された球レンズ３を使用する場合と比べて、本装置１のコストを削減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバの端部からの出射光を平行光に変換する球レンズと、
前記光ファイバ及び前記球レンズの光軸を合わせ、且つこれらの間の距離を一定に保つフェルールと、を備え、空間を伝播する光と前記光ファイバとを前記球レンズを介して光学的に結合する光学結合装置において、
前記光ファイバと前記球レンズと前記フェルールとが、屈折率の調整がなされた光学接着剤で接着固定されることを特徴とする光学結合装置。
【請求項２】
前記光ファイバの前記球レンズに対向する端部は、光軸直角方向から略５度以上傾斜する端面を持ち、
前記球レンズは、屈折率が略１．７〜２．０である光学材料より成り、
前記光学接着剤は、屈折率が前記球レンズのそれより小さく、且つ略１．６〜１．９に調整されていることを特徴とする請求項１に記載の光学結合装置。
【請求項３】
前記球レンズの平行光が出射する側の面は、反射防止コートが施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学結合装置。
【請求項４】
前記球レンズの全面は、反射防止コートが施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学結合装置。
【請求項５】
光ファイバと、
前記光ファイバの端部からの出射光を平行光に変換する球レンズと、
前記光ファイバ及び前記球レンズの光軸を合わせ、且つこれらの間の距離を一定に保つフェルールと、を備え、空間を伝播する光と前記光ファイバとを前記球レンズを介して光学的に結合する光学結合装置の製造方法において、
屈折率の調整がなされた光学接着剤により、前記光ファイバと前記球レンズと前記フェルールとを接着する工程と、
前記接着された球レンズの平行光が出射する側の面に、反射防止コートを施す工程と、を含むことを特徴とする光学結合装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間を伝播する光と光ファイバとを、レンズを介して光学的に結合する光学結合装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の普及に伴い、多種多様な環境で光学装置が使用されている。このため、衝撃、振動等のある環境において、安定して性能を維持できる光学結合装置等の光学装置が必要とされている。この光学結合装置は、光信号を伝送する光ファイバと、空間と光ファイバとの間で光信号を収束又は発散させるレンズと、光ファイバ及びレンズを固定するフェルールと、を備え、空間を伝播する光と光ファイバとを、レンズを介して光学的に結合するものである。
【０００３】
上記のような光学結合装置のうち、振動等のある環境において使用できるように、球レンズがハウジングに圧入されて固定される光結合系装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この光結合系装置は、光ファイバを支持するフェルールと、光ファイバから伝えられる光の経路の焦点を合わせる球レンズと、フェルールと球レンズとを整列するハウジングと、を備える。ハウジングは、ハウジングと同軸の貫通孔と、一端側にザグリ部と、を有し、フェルールと球レンズとを同時に支持及び固定し得るように形成されている。当該装置の製造方法は次の通りである。まず、光ファイバがフェルールの中心部に挿入されて固定される。その後、フェルールの断面が、フェルールの軸に対して垂直な平面から傾斜するように研磨される。次に、フェルールが、ハウジングのザグリ部が形成された側とは反対側の端面に形成された開口から、貫通孔に挿入されて固定される。フェルールの固定後、球レンズがハウジングのザグリ部に圧入される。球レンズを光軸方向に移動させることにより、光ファイバの先端との距離が調整される。その後、球レンズは固定される。このような方法により球レンズが固定されるので、振動等のある環境において、当該装置を使用することが可能であった。
【特許文献１】特開平９−１８９８２６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、特許文献１に記載の技術では、球レンズが圧入のみによって固定されるので、ハウジングが球レンズを保持する力は弱いものとなっていた。また、球レンズと光ファイバとの距離は、球レンズ圧入時に、球レンズを動かして調整されるので、微調整が困難であった。さらに、光信号の反射損失と、空間伝播光と光ファイバとを光学的に結合する光学結合系への球レンズの挿入に伴う挿入損失とを低減する場合、球レンズと光ファイバの端面とに反射防止コートを施す必要があったので、それに伴って当該装置のコストが増加する場合があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、衝撃、振動等への耐性を有し、コストを低減すると共に、反射損失及び挿入損失を低減することが可能な光学結合装置及びその製造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】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光ファイバと、前記光ファイバの端部からの出射光を平行光に変換する球レンズと、前記光ファイバ及び前記球レンズの光軸を合わせ、且つこれらの間の距離を一定に保つフェルールと、を備え、空間を伝播する光と前記光ファイバとを前記球レンズを介して光学的に結合する光学結合装置において、前記光ファイバと前記球レンズと前記フェルールとが、屈折率の調整がなされた光学接着剤で接着固定されるものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光学結合装置において、前記光ファイバの前記球レンズに対向する端部は、光軸直角方向から略５度以上傾斜する端面を持ち、前記球レンズは、屈折率が略１．７〜２．０である光学材料より成り、前記光学接着剤は、屈折率が前記球レンズのそれより小さく、且つ略１．６〜１．９に調整されているものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学結合装置において、前記球レンズの平行光が出射する側の面は、反射防止コートが施されているものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学結合装置において、前記球レンズの全面は、反射防止コートが施されているものである。
【００１０】
請求項５の発明は、光ファイバと、前記光ファイバの端部からの出射光を平行光に変換する球レンズと、前記光ファイバ及び前記球レンズの光軸を合わせ、且つこれらの間の距離を一定に保つフェルールと、を備え、空間を伝播する光と前記光ファイバとを前記球レンズを介して光学的に結合する光学結合装置の製造方法において、屈折率の調整がなされた光学接着剤により、前記光ファイバと前記球レンズと前記フェルールとを接着する工程と、前記接着された球レンズの平行光が出射する側の面に、反射防止コートを施す工程と、を含むものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、光ファイバと球レンズとフェルールとが、光学接着剤により接着固定されるので、振動、衝撃等がある環境において、性能の維持を図ることができる。さらに、この光学接着剤は屈折率の調整がなされているので、光ファイバ及び球レンズの互いに向かい合う面で生じるフレネル反射の反射率を低減させることができ、それに伴って反射損失及び挿入損失を抑制することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、光ファイバの球レンズに対向する端部は、光軸直角方向から略５度以上傾斜する端面を持つので、光ファイバ端面と光学接着剤との界面で生じるフレネル反射による反射光が、光ファイバに再度結合することを防止できる。
【００１３】
また、球レンズは、屈折率が略１．７〜２．０である光学材料より成り、光学接着剤は、屈折率が球レンズのそれより小さく、且つ略１．６〜１．９に調整されているので、光学接着剤と球レンズとの界面で生じるフレネル反射による反射損失を低減できる。その結果、光ファイバ及び球レンズの互いに向かい合う面で生じるフレネル反射の反射率を低減させることができ、光学結合装置全体の反射損失及び挿入損失を抑制することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、球レンズと空気との界面で生じる反射損失を低減でき、光学結合装置全体の反射損失及び挿入損失をさらに低減できる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、球レンズと空気との界面とで発生する反射損失及び挿入損失を抑制でき、光学結合装置全体の反射損失をさらに低減できる。また、光学結合装置の組み立て時に、球レンズの方向を合わせる工程が不要であるため、工程数が減り、コストを削減することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、光ファイバと球レンズとフェルールとが接着された後、球レンズの平行光が出射する側の面に反射防止コートが施されるので、予め半面のみに反射防止コートが施された球レンズを使用する場合に比べて、光学結合装置の組み立て時に、球レンズの方向を合わせる工程が不要であるため、工程数が減り、コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る光学結合装置について図１（ａ）（ｂ）乃至図３を参照して説明する。また、本実施形態に係る光学結合装置の製造方法について図４を参照して説明する。
【００１８】
図１（ａ）（ｂ）は、光学結合装置１の構成を示す。光学結合装置１は、空間を伝播する光と光ファイバ２とを光学的に結合する光学結合系を構成し、光信号を伝送する光ファイバ２と、光ファイバ２の端部２１からの出射光（破線矢印で示す）を平行光に変換する球レンズ３と、光ファイバ２及び球レンズ３の光軸を同軸に合わせるフェルール４と、を備え、空間を伝播する光と光ファイバ２とを球レンズ３を介して光学的に結合する。光ファイバ２と球レンズ３とフェルール４とは、光学接着剤５で接着固定される。光ファイバ２は、フェルール４外で被覆６により覆われている。
【００１９】
フェルール４は、例えば、セラミック、樹脂又はガラス等の透光性材料から成り、その形状は例えば円筒状である。また、フェルール４は、中心部に穿孔された貫通孔４１と、一端側に、貫通孔４１と同軸に断面円形の中空に形成されたザグリ部４２と、他端側に、光ファイバ挿入口４３と、を有する。光ファイバ挿入口４３は、フェルール４のザグリ部４２が形成されている側とは反対側の端面に形成された貫通孔４１の開口である。
【００２０】
光ファイバ２は、フェルール４の光ファイバ挿入口４３から貫通孔４１に挿入され、貫通配設される。挿入された光ファイバ２は、その端部２１がフェルール４のザグリ部４２から突き出る位置に配置され、貫通孔４１の内壁と光学接着剤５で接着固定される。光ファイバ２の端部２１は、球レンズ３と対向し、光軸直角方向から傾斜する端面２２を持つ。端面２２の傾斜角θは略５度以上である。傾斜角θは、例えば略８度であることが望ましい。この傾斜により、光ファイバ２の端面２２と光学接着剤５との界面で発生するフレネル反射による反射光が、光ファイバ２に再度結合することを防止できる。
【００２１】
球レンズ３の直径は、光学結合装置１の動作距離及び球レンズの価格等に応じて、例えば１〜２ｍｍであることが望ましい。球レンズ３は、フェルール４のザグリ部４２に挿入され、球レンズ３と光ファイバ２の端部２１との距離Ｘがフェルール４により一定に保たれる。球レンズ３は、光ファイバ２の端部２１と一定の距離Ｘを持って光学接着剤５により固定される。このようにして、光ファイバ２と球レンズ３とフェルール４とが、光学接着剤５により接着固定されるので、振動、衝撃等がある環境において、光学結合装置１の性能の維持を図ることができる。
【００２２】
上記の距離Ｘは、光学結合装置１がコリメータタイプである場合、球レンズ３から出射して空間を伝播する光信号が平行光となるように調節される。球レンズ３の平行光が出射する側の面である光出射面３１は、反射防止コートが施されている。この反射防止コートは、レンズと空気との界面で生じる反射のみを抑制するように設計されている。このため、球レンズ３と空気との界面で生じる反射損失を低減でき、光学結合装置１全体の反射損失及び挿入損失を低減できる。
【００２３】
光学接着剤５は、光の透過率が高い紫外線硬化型のアクリル系樹脂又はエポキシ系樹脂から成る。この紫外線は、例えば、透光性材料から成るフェルール４を透過して、光学接着剤５に照射される。また、光学接着剤５は、屈折率の調整がなされており、フェルール４内であって、光ファイバ２の端部２１と球レンズ３との間に充填される。
【００２４】
ここで、光信号が伝播する経路を説明する。光信号は、光ファイバ２により伝送され、端部２１の端面２２から出射する。出射した光信号は、光学接着剤５を透過し、球レンズ３に入射する。球レンズ３は、光出射面３１から、平行光に変換した光信号を空間に出射させる。球レンズ３から出射した光信号は空間を伝播する。
【００２５】
なお、反射防止コートは、球レンズ３の平行光が出射する側の面である光出射面３１だけでなく、全面に施されていてもよい。この場合、球レンズ３と空気との界面とで発生する反射損失を抑制でき、光学結合装置１全体の反射損失及び挿入損失をさらに低減できる。また、光学結合装置１の組み立て時に、球レンズ３の方向を合わせる工程が不要であるため、工程数が減り、コストを削減することができる。
【００２６】
次に、光学結合装置１全体の反射損失を低減するため、光学接着剤５の厚さ及びその屈折率と、球レンズ３の屈折率の最適値を求める方法を説明する。
【００２７】
まず、光学接着剤５の厚さの最適値を求める。図２は、光学接着剤の接着層の厚さと吸収損失との特性を示す。同図は、光学接着剤５の光透過率が、厚さ１００μｍで９８．４２％のときの特性を示し、同図の縦軸は吸収損失（単位はｄＢ）を、横軸は接着層の厚さ（単位はμｍ）を表す。光信号が光学接着剤５を透過するとき、吸収損失が発生する。接着層の厚さの増加に伴い、吸収損失も比例して増加する。例えば、接着層の厚さが２００μｍであるとき、光学接着剤５の光透過率は９６．８６％となり、吸収損失は０．１３８３ｄＢとなる。従って、空間伝播光と光ファイバ２とを光学的に結合する光学結合系への光学接着剤５の挿入に伴う挿入損失を低減するため、光学接着剤５の接着層の厚さ、すなわち、光ファイバ２の端部２１と球レンズ３との距離Ｘを２００μｍ（０．２ｍｍ）以下とするのが好ましい。このようにして、光学接着剤５の接着層の最適な厚さが求まる。
【００２８】
次に、球レンズ３の最適な屈折率を求める。光学接着剤５の接着層の厚さをＴとし、球レンズ３の半径をＲ、その屈折率をｎとした場合、これらの関係は数１の数式で表される。
【数１】
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【００２９】
数１を、球レンズ３の屈折率ｎを求める式に変形すると、数２の数式で表される。
【数２】
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【００３０】
ここで、上記の通りに接着層の厚さを０．２ｍｍ以下とし、球レンズ３の直径１〜２ｍｍ（半径０．５〜１．０ｍｍ）とした場合の球レンズ３の屈折率を求める。例えば、数２に、Ｔ＝０．２ｍｍ、Ｒ＝０．５ｍｍを代入した場合、ｎ≒１．７１となる。また、Ｒの値を変化させて、数２に、Ｔ＝０．２ｍｍ、Ｒ＝１．０ｍｍを代入した場合、ｎ≒１．８３となる。また、ＲとＴとの値を変化させて、Ｔ＝０．１ｍｍ、Ｒ＝０．５ｍｍを代入した場合、ｎ≒１．８３となる。さらに、Ｒの値を変化させて、数２に、Ｔ＝０．１ｍｍ、Ｒ＝１．０ｍｍを代入した場合、ｎ≒１．９１となる。上記の計算結果に基づき、球レンズ３は、屈折率が略１．７〜２．０である光学材料から成る。
【００３１】
次に、図３を用いて、光学接着剤５の最適な屈折率を求める。同図は、光学接着剤５と球レンズ３との間に生じるフレネル反射による反射損失と、光学接着剤５の屈折率との特性を示す。同図は、球レンズ３の屈折率が２．０である場合の特性を示し、同図の縦軸はフレネル反射による反射損失（単位はｄＢ）を、横軸は光学接着剤５の屈折率を表す。
【００３２】
同図に示されるように、光学接着剤５の屈折率が、球レンズ３のそれより小さい値から増加するにつれて、フレネル反射による反射損失は低減される。光学接着剤５の屈折率が２．０に近づき、当該屈折率と球レンズ３の屈折率との差が略０．１以下となる場合、反射損失は極めて小さくなる。従って、光学接着剤５の屈折率と、球レンズ３の屈折率との差は略０．１以下にされる。また、球レンズ３の屈折率が略１．７〜２．０であることに基づき、光学接着剤５は、例えば屈折率が略１．６〜１．９に調整された光学接着剤から成る。ただし、光学接着剤５の屈折率は、球レンズ３のそれより小さく、特に、１．６〜１．７であることが望ましい。
【００３３】
このように、球レンズ３と光学接着剤５との屈折率が調整されているので、球レンズ３と光学接着剤５との界面で生じるフレネル反射による反射損失を低減できる。その結果、光ファイバ２及び球レンズ３の互いに向かい合う面で生じるフレネル反射の反射率を低減させることができ、光学結合装置１全体の反射損失及び挿入損失を抑制することができる。
【００３４】
図４は、光学結合装置１の製造手順を示す。まず、光学接着剤５がフェルール４の貫通孔４１及びザグリ部４２に充填される（Ｓ１）。光学接着剤５の充填後、球レンズ３がフェルール４のザグリ部４２に挿入される（Ｓ２）。次に、光ファイバ２が、フェルール４の光ファイバ挿入口４３から貫通孔４１に挿入され、その端部２１が球レンズ３と対向するように配設される（Ｓ３）。この際、光ファイバ２の位置を光軸方向に微調整することにより、球レンズ３と光ファイバ２の端部２１との間の距離Ｘを調整することができる。上記の手順により、光ファイバ２と球レンズ３とフェルール４とが光学接着剤５で接着される。その後、接着された球レンズ３の光出射面３１に、反射防止コートが施される（Ｓ４）。
【００３５】
このように、光ファイバ２と球レンズ３とがフェルール４に組み込まれ、光ファイバ２と球レンズ３とフェルール４とが接着された後に、球レンズ３の光出射面３１に反射防止コートが施されるので、予め半面のみに反射防止コートが施された球レンズを使用する場合に比べて、光学結合装置１の組み立て時に、球レンズ３の方向を合わせる工程が不要であるため、工程数が減り、コストを低減することができる。
【００３６】
本発明は、上記のような実施形態の構成に限定されるものではなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、フェルール４は、光学結合装置を他の光学部品と溶接させるために、ニッケル合金又はステンレスから成ってもよい。また、光学接着剤５は、例えば屈折率が略１．６〜２．０に調整された光学接着剤から成っても構わない。また、光ファイバ２と球レンズ３との距離Ｘは、球レンズ３から出射して空間を伝播する光信号が収束光となるように設定されていてもよい。また、光信号は、上記の伝播順に限定されず、空間、球レンズ３、光学接着剤５、光ファイバ２の順で伝播しても構わない。この場合、球レンズ３は、空間を伝播する平行光等の光信号を収束させ、光ファイバ２の端部２１に集光する。また、光学結合装置１の製造手順は、フェルール４に、球レンズ３及び光ファイバ２を組み込んだ後、フェルール４の光ファイバ挿入口４３から光学接着剤５を充填し、貫通孔４１に浸透させ、光ファイバ２と球レンズ３との間に引き込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光学結合装置の構成を示す断面図、（ｂ）は破線Ａ部分の拡大図。
【図２】光学接着剤の接着層の厚さと吸収損失との特性を示す図。
【図３】光学接着剤と球レンズとの間の反射損失と、光学接着剤の屈折率との特性を示す図。
【図４】上記光学結合装置の製造手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３８】
１  光学結合装置
２  光ファイバ
３  球レンズ
４  フェルール
５  光学接着剤
２１  端部
２２  端面
４１  貫通孔
４２  ザグリ部
４３  光ファイバ挿入口
【図１】
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【図２】
2007225796.tif 000006
【図３】
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【図４】
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