JPH073495B2 - 光結合器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバ通信や光ファイバデータ伝送等の
分野において使用される発光素子と光ファイバとの光結
合器に関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、アイイーイーイ
ー ジャーナル オブ クウォンタム エレクトロニク
ス（IEEE Journal of Quantum Electronics）,QE-18
［４］（1982-4）（米）P.705-717に記載されるものが
あった。以下、その構成を図を用いて説明する。

第２図は前記文献に記載された従来の光結合器の一構成
例を示す断面図である。この光結合器は２個のレンズを
用いた複合レンズ系によって、レーザダイオード（以
下、LDという）と単一モード光ファイバ（以下、単に光
ファイバという）との光結合の例を示したものである。

図において、１は光結合器の円形の基台であり、この基
台１の前面にはLD固定台２を介してLD3が固定されてい
る。LD3のレーザ光出力端面の前方には、レーザ光の光
軸にその中心を合わせた球レンズから成る第１レンズ４
が配置され、この第１レンズ４は円筒状の第１レンズ固
定台５に固定されて基台１に取り付けられている。第１
レンズ４の前方には、同じく光軸に合わせて集束形のロ
ッドレンズから成る第２レンズ６が、円筒状の第２レン
ズ固定台７に固定されて設けられており、この第２レン
ズ固定台７は前記基台１に取り付けられている。さら
に、第２レンズ６の前方の光軸位置には、光ファイバ８
が円筒状の光ファイバ固定台９に固定されており、この
光ファイバ固定台９は前記第２レンズ固定台７の前部に
取り付けられている。前記基台１、LD固定台２、第１レ
ンズ固定台５、第２レンズ固定台７および光ファイバ固
定台９の材質としては、主として金属が用いられ、それ
ぞれの接合は半田または接着剤等により行われている。

上記の構成からなる光結合器は、次の手順により組み立
てられる。先ず、基台１の前面にLD3をその光軸が垂直
となるように、LD固定台２を介して取り付ける。続い
て、LD3の光軸に第１レンズ４の球の中心を一致させ、
かつLD3との所定の間隔を保って、第１レンズ４を第１
レンズ固定台５を介して基台１に取り付ける。次に円柱
状の第２レンズ６の軸芯とLD3の光軸が一致するよう
に、第２レンズ固定台７を調整しながら基台１に固定す
る。この際、LD3の基台１に対する取付誤差のためにそ
の光軸が基台１に対して垂直でない場合や、第１レンズ
４が光軸に対してずれている場合には、その補正を第２
レンズ６で行うために第２レンズ固定台７を基台１に対
して補正角度だけ傾斜させて取り付けることになる。こ
のとき、基台１と第２レンズ固定台７の接合面には傾斜
に応じた隙間を生じるので、この隙間に半田または接着
剤等を充填して傾斜角度を調整しながら、両者を固定す
る。その後、光ファイバ８の先端が第２レンズ６の軸芯
と一致するように、光ファイバ固定台９を調整しながら
第２レンズ固定台７に取り付けることにより、光結合器
が組み立てられる。

以上のように構成される光結合器において、LD3の前部
端面の発光領域から出射されたレーザ光は、図中一点鎖
線10で示される如く第１レンズ４により屈折されてほぼ
平行な光束となる。このほぼ平行な光束は第２レンズ６
に入射後、屈折されて光ファイバ８の先端に集束するこ
とにより、LD3と光ファイバ８との光結合器が行なわれ
る。

この種の光結合器においては、前記文献に記載されてい
るように、比較的大きな口径のレンズが使用されている
ため、安定した光結合を行う上での光軸に対する各レン
ズの取付許容誤差は比較的大きいという利点がある。し
たがって、レーザ光の光軸と第２レンズ６の軸芯の角度
が一致している場合には、光軸に対する第２レンズ６の
軸芯の横方向のずれの許容誤差は大きくなり、第２レン
ズ６がこの許容誤差範囲内にあれば、光結合の効率の低
下は小さく、安定した光結合状態を保持できることにな
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成の光結合器においては、次のよ
うな問題点があった。

（１）LD3の光軸の傾きや、第１レンズ４の光軸に対す
るずれが大きいときには、これらの補正をするために基
台１に対する第２レンズ固定台７の垂直に対する補正角
度が大きくなる。この場合、基台１と第２レンズ固定台
７の接合面に生じる隙間も大きくなり、半田や接着剤等
の充填によって補正角度を調整するのは困難となる。し
たがって、取付精度が悪くなり光結合効率が低下するば
かりか、組み立ての作業能率も悪くなる。

（２）光ファイバ固定台９の第２レンズ固定台７に対す
る取り付けは、第２レンズ６と光ファイバ８との間隔を
所定の寸法に保ちつつ、光ファイバ８の軸芯の位置およ
び角度を調整しながら行うので、取付精度の維持が難し
い上に作業能率が悪い。

本発明は、前記従来技術がもっていた問題点として、第
２レンズ６による光軸に対する角度の補正が小角度に限
られてその補正範囲が狭いことと、光ファイバ８を精度
良く取り付けるのが難しいために、光結合効率が悪くな
るおそれがある点、および組み立ての作業能率が悪い点
について解決した光結合器を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題点を解決するために、光を出射する
発光素子と、前記発光素子からの出射光をほぼ平行な光
束に収束させる第１レンズを固定する第１レンズ固定台
と、前記第１レンズを経た前記出射光を集束させる第２
レンズを固定する第２レンズ固定台と、この第２レンズ
固定台に固定され前記第２レンズを経た前記出射光を受
光する光ファイバとを備えた光結合器において、前記第
２レンズ固定台を、貫通中空部を有しその内部に摺動面
が形成された収容部材固定筒と、外部に前記摺動面と接
して摺動かつ角度調整自在の突出部を有し、内部に前記
第２レンズと光ファイバをそれぞれの軸芯を一致させて
収容する貫通中空部を有する第２レンズ・光ファイバ収
容部材とで構成したものである。

（作 用） 本発明によれば、以上のように光結合器を構成したの
で、収容部材固定筒の内面にその突出部が接する第２レ
ンズ・光ファイバ収容部材は、第２レンズと光ファイバ
をそれぞれの軸芯を合わせた一直線上に正確に収容し、
かつ前記収容部材固定筒内にあって光軸方向および光軸
に対する角度の自在で高精度の補正を可能とする働きを
する。同時に、第２レンズと光ファイバ相互の調整と、
これらの光軸方向および光軸に対する角度の補正を容易
にする働きをする。したがって、前記問題点を除去でき
るのである。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す複合レンズ形の光
結合器の断面図であり、発光素子としてLDを用い、光フ
ァイバとして単一モード光ファイバを用いたものであ
る。

図において、21は光結合器の基台であり、この基台21の
前面にはLD固定台22を介してLD23が固着されている。LD
23のレーザ光出力端面の前方には、レーザ光の光軸にそ
の中心を合わせた球レンズから成る第１レンズ24が配置
されている。この第１レンズ24は第１レンズ24を保持す
ると同時にその位置を調整するための第１レンズ固定筒
25に収容され、さらにこの第１レンズ固定筒25は第１レ
ンズ固定台26を介して基台21に固定されている。第１レ
ンズ24の前方には、レーザ光の入射側の外形が球状を成
し、その後方のレーザ光出射側が円筒状を成した第２レ
ンズ・光ファイバ収容部材（以下、単に収容部材とい
う）27が設けられている。この収容部材27内部には光軸
方向に全通する円形断面を有する中空部が設けられ、こ
の中空部のレーザ光入射側には中空部内径に合わせて円
柱状に削られた球レンズから成る第２レンズ28が収めら
れ、レーザ光出射側内部には円筒状のフェルール29覆わ
れた光ファイバ30が収められている。前記収容部材27は
その球状部分外面を円筒状の収容部材固定筒31の内面に
接して固着されている。この収容部材固定筒31はそのフ
ランジ部分で円筒状の収容部材固定台32に固定されてい
る。前記基第21、LD固定台22、第１レンズ固定筒25、第
１レンズ固定台26、収容部材27、フェルール29、収容部
材固定筒31および収容部材固定台32は主として金属によ
り形成されており、それぞれの接合は半田またはエポキ
シ系樹脂等の接着剤等により行われている。

次に上記のように構成される光結合器の組み立て方法に
ついて説明する。先ず、LD固定台22を介してLD23を基台
21に固着した後、第１レンズ24を第１レンズ固定筒25で
保持してから、この第１レンズ固定筒25を第１レンズ固
定台26の開口部に挿入する。続いてこの第１レンズ固定
台26を基台21に固着するが、この際第１レンズ固定筒25
のレンズ保持側の反対端を抓みながら第１レンズ24が光
軸に対し所定の位置に設定されるよう調整する。調整が
終了した時点で、第１レンズ固定台26を基台21に最終的
に固着する。また、これとは別に予め収容部材27の内部
に第２レンズ28および光ファイバ30を所定の位置に収容
し固定しておく。次に、この収容部材27を収容部材固定
筒31および収容部材固定台32を介して、基台21に固定す
る。この際、基台21と収容部材固定台32とはねじ、半田
または接着剤等により固定する。収容部材固定台32と収
容部材固定筒31とは、収容部材固定筒31のフランジ面を
利用した平面接触によって面方向に滑らかに移動させる
ことによりその位置を調整して、収容部材27内の第２レ
ンズ28および光ファイバ30の軸芯と光軸が一致するよう
に所定の位置に取り付けられる。さらに、収容部材27は
その球状部分外面を収容部材固定筒31の内面に接して収
容されているので、この収容部材27は光軸の前後方向に
摺動できると同時に、光軸に対する角度を自由に変える
ことにより所定の一に調整することができる。このよう
にして収容部材27の位置および角度を設定し、その結果
光軸に対し第２レンズ28および光ファイバ30を所定の位
置および角度に設定した後に、収容部材固定筒31の開口
端より収容部材27球状部の接触部分に半田または接着剤
等を充填して固着する。

本実施例においては、次にような利点を有する。

収容部材27を設け、しかもこの内部には正確に軸芯
を見透した円柱状の貫通する中空部を設けたので、この
中に予め第２レンズ28および光ファイバ30を所定の位置
に正確に収容することができる。しかもこれらの軸芯の
調整の手間を省くことができる。

収容部材27は球状の外形を有し、この球状部を収容
部材固定筒31内面に接するようにしたので、収容部材27
は光軸方向の調整が自由にできると同時に、収容部材固
定筒31内で自由な方向にしかも大角度の角度調整ができ
るので、第２レンズ28および光ファイバ30を光軸に対し
正確にしかも容易に調整することができる。

第２レンズをロッドレンズでなく球レンズとしたの
で、レーザ光の入射レンズ面はある曲率を有し、レンズ
表面の反射光が光源に戻る割合は平面のロッドレンズよ
り小さくなる。したがってLDの変調特性に悪い影響を与
えることが少ない。

第１レンズ固定筒25を設けたので、この端部を抓ん
で調整することにより、第１レンズ24の取付時の調整が
容易になり、かつ精度よく取り付けられる。

本実施例においては、以上の利点を有する結果、光結合
器の組立て精度を飛躍的に向上させることができるの
で、光結合の効率を向上させることができる。また、各
部の組み立ての際の調整が容易になったので、組立て工
程における作業能率および歩留まりを向上させることも
期待できる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す光結合器の断面図
である。この実施例が第１の実施例と異なる主な点は、
光ファイバのレーザ光入射側先端面に無反射膜を形成し
たことと、第１レンズ把持用の環状の第１レンズホルダ
を設けたことである。

すなわち、光結合器の基台41の前面には、その基台41と
一体の突出するLD固定台42が設けられており、このLD固
定台42にはLD43が固着されている。LD43の前方に光軸を
合わせて配置された第１レンズ44は、環状の第１レンズ
ホルダ45により把持されて、LD固定台42の前面に固着さ
れている。第１レンズ44の前方には気密封止用のガラス
窓46が、収容部材固定台47に固着されて設けられてい
る。このガラス窓46と収容部材固定台47は、基台41と共
に気密封止構造を形成し、この内部に不活性ガスを注入
してLD43を封止している。収容部材48に固定された光フ
ァイバ49の先端面には、蒸着等により形成された無反射
膜50が施されている。

上記の構成とすれば、第１の実施例とほぼ同様の作用、
効果が得られるばかりか、基台41と一体化されたLD固定
台42および第１レンズホルダ45の構造の単純化により、
その製造と取り付け作業が容易となる。また、無反射膜
50を設けることにより、光結合効率を上げると同時に反
射光が光源に戻り、変調特性に悪影響を及ぼすのを防止
することができる。

第４図は本発明の第３の実施例を示す光結合器の断面図
である。この実施例が第２の実施例と異なる点は、光フ
ァイバ先端面に無反射膜を形成する代わりに別途無反射
処理をしたガラス板を設けたことである。

光ファイバ51の先端面を含む光ファイバ保持用のフェル
ール52には、そのレーザ光入射側端面に、片面を無反射
処理したガラス板53をその無反射処理面を外側にして接
着剤により貼り付けられている。接着剤には、光ファイ
バとほぼ同程度の屈折率をもった光学用接着剤等が使用
される。

このような構成とすれば、第２の実施例とほぼ同様の作
用、効果が得られると同時に、光ファイバ51の先端面に
無反射膜を形成するより簡単な工程で無反射処理をした
ガラス板53を設けることができる。

第５図は本発明の第４の実施例を示す光結合器の断面図
である。この実施例が第１の実施例と異なる点は、第２
レンズ・光ファイバ収容部材の円筒状の外周部に歯車状
の突出部を設け、収容部材固定筒内面に前記歯車状突出
部と咬合する受け部を設けたことである。第６図は前記
歯車状突出部の正面断面（Ａ）および受け部の正面断面
（Ｂ）を示したものである。

収容部材61の円筒状外周部には同心円状に歯車状突出部
62が設けられており、収容部材固定筒63の内面にはこの
歯車状突出部62と咬合するように溝が彫られた受け部64
が設けられている。前記歯車状突出部62と受け部64は、
歯車状突出部62を収容部材固定筒63の開口端から光軸に
沿って光源側へ挿入することにより、互いに咬合する構
造のもので、両者の咬合部には収容部材61の光軸に対す
る角度調整を可能にするための若干の遊びを設けてあ
る。

上記の構成とすれば、第１の実施例とほぼ同様の作用、
効果が期待できると同時に、第１の実施例に比べて収容
部材61と収容部材固定筒63の接触面積が大きくなり、し
かも軸芯に対する回転方向の拘束が成されるので、この
部分を半田や接着剤等によって固着すれば、より頑丈な
接合強度が得られる利点がある。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能であり、例えば次のような変形例が挙げられる。

第１〜第４の実施例においては、発光素子としてL
D、光ファイバとして単一モード光ファイバを用いたが
これに限定されず、例えば発光ダイオードや多モード光
ファイバとしてもよい。

第１〜第４の実施例における収容部材固定筒と収容
部材固定台とは別構造とせず、一体構造としてもよい。

収容部材は、円筒状の外形部に球状または歯車状の
突出部を設けたものとしたが、これに限定されない。例
えば、球状の突出部に代えて、同心円の円盤状の突出部
を設け、その収容部材固定筒内面に接する部分に曲率を
もたせたものでもよい。また、歯車状突出部は歯の形状
や個数を変え、これに伴い収容部材固定筒内面の受け部
の形状もこれに合わせて変えたものでもよい。

収容部材中空部への光ファイバの取り付けは、フェ
ルールを介して行うものとしたが、これに限定されず、
例えばフェルールに相当する部分を一体構造として、収
容部材中空部に設けてもよい。

第２レンズは球レンズに限定されず、例えばロッド
レンズとしてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、光結合器
の固定部材の一部を構成する収容部材固定筒とこの収容
部材固定筒の内面に接して摺動しかつ光軸に対する角度
を変えられる第２レンズ・光ファイバ収容部材とを設け
たので、第２レンズの光軸に対する角度の補正範囲を広
くすると同時に、第２レンズおよび光ファイバの高精度
な取り付けを可能とし、光結合効率を高めることができ
る。さらに、第２レンズおよび光ファイバの取り付け時
の調整、補正を容易にするので、光結合器の組立作業能
率を向上させる効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光結合器の断面
図、第２図は従来の光結合器の一構成例を示す断面図、
第３図は本発明の第２の実施例を示す光結合器の断面
図、第４図は本発明の第３の実施例を示す光結合器の断
面図、第５図は本発明の第４の実施例を示す光結合器の
断面図および第６図は第５図の部分断面図で歯車状突出
部および受け部の断面形状を示したものである。 21,41……基台、22,42……LD固定台、23,43……レーザ
ダイオード（LD）、24,44……第１レンズ、25……第１
レンズ固定筒、26……第１レンズ固定台、27,48,61……
第２レンズ・光ファイバ収容部材、28……第２レンズ、
29,52……フェルール、30,49,51……光ファイバ、31,63
……収容部材固定筒、32,47……収容部材固定台、45…
…第１レンズホルダ、46……ガラス窓、50……無反射
膜、53……ガラス板、62……歯車状突出部、64……受け
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光を出射する発光素子と、前記発光素子か
   らの出射光をほぼ平行な光束に収束させる第１レンズを
   固定する第１レンズ固定台と、前記第１レンズを経た前
   記出射光を集束させる第２のレンズを固定する第２レン
   ズ固定台と、この第２レンズ固定台に固定され前記第２
   レンズを経た前記出射光を受光する光ファイバとを備え
   た光結合器において、 前記第２レンズ固定台を、 貫通中空部を有しその内部に摺動面が形成された収容部
   材固定筒と、 外部に前記摺動面と接して摺動かつ角度調整自在の突出
   部を有し、内部に前記第２レンズと光ファイバをそれぞ
   れの軸芯を一致させて収容する貫通中空部を有する第２
   レンズ・光ファイバ収容部材とで構成したことを特徴と
   する光結合器。