JP3101928B2 - 微小整列方法 - Google Patents

微小整列方法

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JP3101928B2 JP07516909A JP51690995A JP3101928B2 JP 3101928 B2 JP3101928 B2 JP 3101928B2 JP 07516909 A JP07516909 A JP 07516909A JP 51690995 A JP51690995 A JP 51690995A JP 3101928 B2 JP3101928 B2 JP 3101928B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、光源と受光体との整列に関し、特に光導体
と発光ダイオードとの間の光結合を強めるためのこれら
の両者間の整列に関する。
発明の背景 発光ダイオード等のような光源及び光ファイバやウェ
ーブガイド等のような光導体は、様々な用途に使用され
る。例えば、軸の回りの回転を検出するよう構成された
光ファイバ回転センサにおいては、光ファイバがコイル
状に巻かれる。このような光ファイバ回転センサは、通
常、光源、ビームスプリッタ、検知器、及び光路からな
る。光路はコイルによって与えられ、光ファイバ回転セ
ンサは回転可能なプラットホーム上に取り付けられる。
光源からの光は、通常光ファイバによってビームスプリ
ッタへ導かれ、ビームスプリッタで２本のビームに分け
られて、光路の両端に送られ、光路中を互いに逆向きに
回りながら進行する。これらの光ビームは、光路を出た
後再結合され、その結果得られる結合光ビームが検出器
によって検出される。検出器に接続された検出回路が、
互いに逆向きに進行する２本の光ビーム間の位相差を測
定する。
この光ファイバ回転センサに全く回転が作用しない
と、理想的には、互いに逆向きに進行する２本の光ビー
ム間には、全く位相差が検出されないはずである。これ
に対して、センサに回転が加わると、互いに逆向きに進
行する２本の光ビーム間に位相差が生じ、これを検出し
て、回転量及び回転方向を指示することができる。
通常、光源としては発光ダイオードが用いられる。発
光ダイオードは、対応する光結合器によって光ファイバ
に結合され、光ファイバは発光ダイオードから出た光を
ビームスプリッタへ伝える。光結合器は、発光ダイオー
ドからの光が確実に高い結合比で結合されるように設計
されている。光結合器の結合比は、光ファイバが受け取
る光を発光ダイオードから発する光で割ることにより求
められる。高い結合比を有する光結合器を用いると、発
光ダイオードと光ファイバ間の結合損失が最小限に抑え
られる。
典型的な光結合器は、発光ダイオードを取り付けるた
めのハウジング、レンズ、及び光ファイバの端部を、レ
ンズが発光ダイオードからの光を光ファイバのその端部
に集束させるようにして一まとめにした形で具備する。
光結合器が高い結合比を達成するためには、光ファイバ
の位置を発光ダイオードから出てレンズにより集束させ
られる光の焦点に正確に合わせなければならない。
この種の光結合器においては、発光ダイオードから発
する光の焦点の直径及び光ファイバのコアの直径は、通
常、各々約0.005mm（0.002インチ）である。このような
寸法の場合、発光ダイオードから発する光の焦点と光フ
ァイバのコアとの間に0.0005mm（0.0002インチ）の位置
合わせ誤差があると、結合されるパワーに10％の損失が
生じ得る。
発光ダイオードから発する光の焦点と光ファイバのコ
アの位置を合わせるための従来技術による整列方法で
は、0.00005mm（0.00002インチ）あるいはこれより小さ
い公差で整列を日常的に達成することが可能である。整
列後は、発光ダイオード、レンズ、及び光ファイバの受
光端は、整列の安定性を達成するため、すなわち組立て
の間及び光結合器が遭遇する動作条件に対してこの整列
を保持するために、しっかり固定される。整列を行った
後、ダイオード／レンズ／光ファイバのアセンブリを固
定するためには、多くの方法が知られている。それらの
方法は、通常、整列安定性を達成するのに、溶接、はん
だ付け、あるいは結合剤（例えば接着剤）のような固定
手段に依拠したものである。
しかしながら、前記のようなダイオード／レンズ／光
ファイバアセンブリを固定するための従来技術の固定手
段では、結果的に整列安定性が確保されていない。強く
て堅い固定手段を使用すると、固定手段が硬化するにつ
れてアセンブリにずれが生じ、強くて堅い固定手段が硬
化した後にアセンブリを調整すると、整列が不安定に、
または手に負えなくなり、あるいは不安定かつ手に負え
なくなる。また、これより弱い固定手段を用いると、経
時や環境変化に対して整列安定性を維持することができ
ない。このように、従来技術の整列方法は、十分な初期
整列を達成することは可能であるが、整列安定性を確保
することはできなかった。
発明の概要 本発明は、光結合器を整列させて固定した後、（ｉ）
光ファイバの受光端の位置を光の焦点と位置合わせする
ために、マイクロミリメートル単位の動きを達成可能で
かつ制御可能であり、（ii）整列後は、その整列が永久
に保持されかつ実質的に温度または広範囲（例えば−55
℃〜100℃）で繰り返す温度変化によって影響されず、
（iii）実質的に偏光が影響を受けないようにして、光
ファイバを発光ダイオードからの光の焦点に対して相対
的に動かすことが可能な装置及び方法を提供することに
よって前記の問題を解決するものである。
従って、本発明の一つの態様による装置は、光を供給
するための光供給手段と、その光供給手段から光を受け
取る受光手段と、光供給手段と受光手段とをその受光手
段がその光供給手段から光を受け取るように整列させて
結合する細長い機械的結合手段と、を具備する。その細
長い結合手段は、光供給手段と受光手段との整列を永久
的に保持するように切り目を形成されている。
本発明のもう一つの態様による装置は、光を供給する
ための光供給手段と、その光供給手段に結合されていて
その光供給手段から光を受け取る細長い受光手段と、発
光手段と受光手段との間の光結合を増大させるように切
り目によってその受光手段を変形させる変形手段と、を
具備する。細長いハウジングに関して以下に説明する例
及び開示内容は、細長い光手段にも同様に適用すること
ができる。
本発明のもう一つの態様によれば、光結合器に光源と
光導体との光結合を増大させるように局在切り目を設け
る方法であって、（ａ）その光源とその光導体との間の
光結合を増大させるようにその光源とその光導体との整
列を制御するためにその光導体のハウジングの局在部分
に鋭利なブレードを一時的に当てるステップと、（ｂ）
その光導体の受光量を監視するステップと、（ｃ）前記
ステップ（ｂ）でその光導体の受光量の増加が認められ
た場合に、その光結合器の局在部分に再度鋭利なブレー
ドを当てるステップと、（ｄ）前記で監視されるその光
結合器の受光量が増加しなくなるまで前記ステップ
（ｂ）及び（ｃ）を繰り返すステップと、を具備した方
法が得られる。
本発明のさらにもう一つの態様による装置は、光を供
給するための光供給手段と、その光供給手段に結合され
ていてその光供給手段から光を受け取るための細長い受
光手段と、その光供給手段とその受光手段との間の光結
合を変化させるように、その受光手段を切り目または局
在塑性変形によって変形させるための変形手段と、を具
備する。
図面の簡単な説明 前記及びその他の本発明の特徴ならびに長所は、以下
の詳細な説明を添付図面を参照しつつ考察することによ
り明らかになると考えられる。
図１は、発光ダイオード、レンズ、及び光ファイバ用
のハウジングの部分横断面図である。
図２は、図１に示すレンズと光ファイバとの間の整列
を達成する切り目を持つハウジングを示す。
図３及び図４は、図１のハウジングの切り目形成を制
御するための装置を示す。
詳細な説明 図１に示すように、本発明による光結合器または光結
合手段10は、第１の端部14及び第２の端部16を有するハ
ウジング12を具備する。この細長いハウジング12は、例
えばカーペンター・テクノロジー・コーポレーション
（Carpenter Technology Corp.,）社が提供するCarpe
nter Kovar＃または他の安定かつ塑性変形可能な材料
で形成することができる。細長いハウジング12の第１の
端部内には、発光ダイオードのような光源18が設けられ
ている。細長いハウジング12の第２の端部16の内部に
は、光源18から光を受けるレンズ20が設けられている。
また、細長いハウジング12の第２の端部16の内部には、
周りをガラスフェルール24で取り巻かれた光ファイバ22
がある。レンズ20は、光源18からの光を光ファイバ22の
端部26に集束させる。ガラスフェルール24は、光ファイ
バ22をレンズ20から光を受け取るように細長いハウジン
グ12の第２の端部16内に保持する。
光源18を細長いハウジング12の第１の端部14に固着
し、レンズ20及びガラスフェルール24を細長いハウジン
グ12の第２の端部16に固着するのにエポキシ樹脂を使用
することができる。エポキシ樹脂が硬化する前に、ガラ
スフェルール24と光源18の位置を調節して、光ファイバ
22の端部26をレンズ20から発する光の焦点の位置に合わ
せることが可能である。ガラスフェルール24及び光源18
の位置合わせ時には、レンズ20から光ファイバ22に入る
光の強度を検出するために、光源18及び光ファイバ22と
共に光センサ、光源18の電源、及び適切な表示装置（い
ずれも図１では図示省略）を使用する。このようにし
て、細長いハウジング12内のガラスフェルール24と光源
18の位置を調節して、光ファイバ22が受ける光の強度が
最大になる位置に合わせることが可能である。光ファイ
バの端部26がレンズ20から発する光の焦点に対して正し
い位置に調節されたならば、エポキシ樹脂が硬化してガ
ラスフェルール24、レンズ20、及び光源18を細長いハウ
ジング12に対して永久固着するまで、これらのガラスフ
ェルール24、レンズ20、及び光源18をしっかり保持す
る。
前に述べたように、エポキシ樹脂のような接着剤は、
光ファイバ22と光源18からの光の焦点との間の初期整列
が接着剤が硬化するにつれてずれることが起り得る。し
かしながら、細長いハウジング12の第２の端部16に切り
目を形成するかまたはその端部16を永久変形させること
によって、光ファイバ22と光源18からの光の焦点との間
の整列を確保することができ、この整列は経時及び環境
（例えば温度）の変化に体しても安定である。
しかしながら、細長いハウジング12の第２の端部16を
切り目で変形させる前に、好ましくは、光結合部10は少
なくとも３温度サイクルに曝すべきである。これらの温
度サイクルの最高温度及び最低温度は、好ましくは、光
結合部10がその使用及び保管時に曝されると考えられる
限界温度以上にするべきである。その後、細長いハウジ
ング12の第２の端部16は、光ファイバ22の端部26をレン
ズ20からの光の焦点の位置に合わせ直すために、切り目
で変形させてもよい。
図２に示すように、前記の切り目または局在塑性変形
は、細長いハウジング12の第２の端部に鋭利なブレード
30を当てることによって得ることができる。変形加工時
に鋭利なブレード30によって細長いハウジング12の第２
の端部16に圧力が加えられる際、第２の端部16をしっか
り支えるためにラムストップ32を使用してもよい。細長
いハウジング12の第２の端部16の変形プロセス中、光フ
ァイバ22に結合され、これによって伝達される光量の変
化をオプトメータを用いて監視することもできる。この
光量の変化を監視することによって、光ファイバ22の端
部26をレンズ20からの光の焦点の位置に合わせる際に最
大光結合を確実にすることができる。このようにして、
オプトメータの指示値が増加する間は、変形プロセスを
続ける。逆に、光ファイバ22を通って伝達される光の強
度がそれ以上増大しなくなったならば、変形プロセスを
終了する。
切り目形成または変形プロセスの結果、光結合器10の
細長いハウジング12の第２の端部16には、鋭利なブレー
ド30によって局在塑性変形部34が形成される。この局在
塑性変形部34は、説明のため、図２には拡大して描いて
あり、実際にはこれよりはるかに小さくてもよい。細長
いハウジング12の第２の端部16の局在塑性変形34によれ
ば、光ファイバ22の端部26とレンズ20からの光の焦点と
の間に所望の整列が達成される。その結果達成される整
列は、経時及び環境変化に対して安定である。
図３には、光ファイバ22の端部26をレンズ20からの光
の焦点の位置に合わせるために、鋭利なブレード30を制
御する整列システムの概略図が示されている。図３に示
すように、光結合部10はハウジングチャック40中に挿入
される。ハウジングチャック40は、光結合部10をラムス
トップ32とラム42の端部にある鋭利なブレード30との間
に保持する。ハウジング40の位置を、光結合器10の第２
の端部16がラムストップ32とラム42の端部の鋭利なブレ
ードとの間に位置するように調節することができる。ハ
ウジングチャック40が所望の位置に調節されたならば、
ハウジングチャック40を適切なクランプによってその位
置に固定することができる。
電源44は、導線46によって光結合器10の光源18に接続
されている。光結合器10から出ている光ファイバ22は、
レンズ20からファイバ22の端部26に入る光の強さを監視
することができるように、オプトメータ48に接続されて
いる。
光ファイバ22の端部26をレンズ20からの光の焦点に永
久的に整列する方法の一実施例においては、まずラム42
とハウジングチャック40を後退させる。次に、上に述べ
たように、光結合器10をハウジングチャック40中に挿入
し、ハウジングチャック40を光結合器10の第２の端部16
が、ラムストップ32とラム42の端部32との間に来るよ
う、光結合器10の第２の端部16がラムストップ32に面す
る位置までハウジングチャック40を移動させる。この位
置は、ハウジングチャック40を適切にクランプすること
によって保持することができる。
次に、鋭利なブレード30を、これが細長いハウジング
12の第１の端部14に近い位置で第２の端部16に軽く接触
するようラム42によって駆動する。その後、プローブ52
を用いて、細長いハウジング12の第１の端部14と反対側
の第２の端部16の一点に、微弱な圧力を矢印54で示す向
きに加える。プローブ52は、例えば歯科用プローブの形
のものでもよい。プローブ52によって細長いハウジング
12の第２の端部16に圧力を加える際、オプトメータ48を
監視して、光ファイバ22がレンズ20から受ける光量の増
加を検出することができる。しかしながら、光ファイバ
の受光量が減少するか変化しない場合は、光結合器10を
ハウジング40中で５゜乃至10゜回転させ、再度プローブ
52によって第２の端部16に矢印54の向きに圧力を加え
る。この手順をオプトメータ48によって検出されるレン
ズ20からの光ファイバ22の受光量の増加が認められる間
で続ける。あるいは、この手順を、レンズ20から光ファ
イバ22が受ける光の増加が検出されるまで続ける代り
に、第２の端部16の全周にわたって行い、最も高感度の
変形方向、すなわち最大の光量増加が生じる圧力の印加
方向を見つけるようにしてもよい。
光量の増加が検出されたならば（あるいは最大感度の
変形方向が確認されたならば）、鋭利なブレード30をノ
ブ56を用いるなどによって駆動し、第２の端部16に加え
る圧力を大きくする。このように増加した圧力を加えた
後、圧力を解除し、オプトメータ48を見て、レンズ20か
ら光ファイバ22が受ける光の強度が増加したかどうかを
確認する。光強度の増加が認められた場合は、鋭利なブ
レード30を再度当て、離す。そして、再度オプトメータ
48を見て、レンズ20から光ファイバ22が受ける光の強度
がさらに増加したかどうかを確認する。この光強度のさ
らなる増加が認められた場合は、光強度の増加がもはや
検出されなくなるまで、この手順を繰り返す。この結
果、細長いハウジング12の第２の端部16には局在塑性変
形部34が形成される。
その後、光結合器10の細長いハウジング12を５゜乃至
10゜回転させる。次に、鋭利なブレード30を、これが細
長いハウジング12の第１の端部14に近い一点で第２の端
部16に軽く接触するまで、ラム42によって駆動する。プ
ローブ52を用いて、細長いハウジング12の第１の端部14
と反対側の第２の端部16の一点に、微弱な圧力を矢印54
で示す向きに加える。プローブ52によって細長いハウジ
ング12の第２の端部に圧力を加える際、オプトメータ48
を見て、レンズ20から光ファイバ22が受ける光量が増加
するかどうかを検出することができる。しかしながら、
この受光量が減少するか、変化しない場合は、光結合器
10をハウジングチャック40中でさらに５゜乃至10゜回転
させ、再度プローブ52によって第２の端部16に矢印54の
向きに圧力を加える。この手順をオプトメータ48により
検出されるレンズ20から光ファイバ22が受ける光量の増
加が認められるまで続ける。（あるいは、最大感度の変
形方向を見つけるようにしてもよい。）このようにして
受光量の増加が検出されたならば（あるいは最大感度の
変形方向が確認されたならば）、鋭利なブレード30を操
作して、細長いハウジング12の端部16を再度変形させ
る。このようにして、光結合器10の細長いハウジング12
の回転と、その細長いハウジング12の第２の端部16に対
する鋭利なブレード30による圧力印加及び再印加を、オ
プトメータ48により検出される光強度が所望の値に達す
るまで繰り返す。この手順の作業の結果、細長いハウジ
ング12の第２の端部16に１つまたは以上の局在塑性変形
部34を形成することができる。
これによって、細長いハウジング12の第２の端部16を
光ファイバ22とレンズ20からの光の焦点との間に最大結
合が達成されるよう永久変形させることができる。この
整列は経時及び温度の循環性変化に体しても安定に確保
される。
図４は、細長いハウジング12の第２の端部に圧力を印
加するようブレード30を手動で駆動するためのギロチン
型の装置の一例を示す。この装置はラムストップ32とな
っているベース60を有する。ベース60は、細長いハウジ
ング12のの管状端部14及び16のとほぼ等しい半径を有す
る半円形溝62を有する。その結果、半円形溝62には、細
長いハウジング12がぴったり収まる。鋭利なブレード30
の両端部が習動するトラックを有する一対の縦ブレード
案内64が設けられている。鋭利なブレード30は、ねじ付
きラム68の形のラムによって、半円形溝62に対し接近、
離反する。ねじ付きラム68のねじは、縦ブレード案内64
間に渡された天板74の雌ねじ穴72と係合する。ねじ付き
ラム68を回すための竜頭付きノブ70が設けられおり、こ
れを回すと、その回転運動が、雌ねじ穴72とねじ付きラ
ム68のねじによって、ベース60の半円形状溝62中に置か
れた細長いハウジング12の第２の端部16に対して鋭利な
ブレード30を接近、離反させるための直線運動に変換さ
れる。
当業者にとっては、本願で開示した装置に対して本発
明の範囲から逸脱することなく様々な変更、修正を加え
ることが可能なことは明白であろう。例えば、本発明
は、光源と受光体との間の光結合を増大させる技術との
関連において説明したが、本発明は光結合を所望の程度
に変えるために用いることが可能なことは明白であろ
う。例えば、光結合をピーク結合以外の適切なレベルに
変えることが望ましい場合もある。これ以外の修正態
様、変形態様も当業者には明白であろう。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/42

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光を供給するための光供給手段と； この光供給手段から光を受け取る受光手段と； 塑性変形可能な材料で形成されていて、前記光供給手段
    と前記受光手段とを受光手段が光供給手段から光を受け
    取るよう接着剤を用いて結合する結合手段と； を具備し、 前記結合手段は、前記接着剤の硬化後に切り目によっ
    て、光供給手段と受光手段とが整列するよう、変形され
    ていること を特徴とする装置。
  2. 【請求項２】光結合器において光源と光導体との間の光
    結合を増大させる方法において： （ａ）前記光源および前記光導体を、光結合器を形成す
    るために接着剤を使用してハウジングに取り付けるステ
    ップと； （ｂ）前記光源および前記光導体の取り付けられたハウ
    ジングを、所定の温度範囲の最高温度および最低温度に
    曝すステップと； （ｃ）前記光源と前記光導体との間の整列を前記光源と
    前記光導体との間の光結合を増大させるように制御する
    ために、前記接着剤の硬化後に光結合器のハウジングの
    局在部分に鋭利なブレードを一時的に当てるステップ
    と； （ｄ）前記光導体の受光量を監視するステップと； （ｅ）前記ステップ（ｄ）によって前記光導体の受光量
    の増加が認められた場合に、前記光結合器の局在部分に
    前記鋭利なブレードを再度当てるステップと； （ｆ）監視下にある前記光導体の受光量が増加しなくな
    るまで前記ステップ（ｄ）及び（ｅ）を繰返すステップ
    と を備えることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】光源と光導体とを整列する方法において： （ａ）前記光源および前記半導体を、光結合器を形成す
    るために接着剤を使用してハウジングに結合するステッ
    プと； （ｂ）前記光源および前記光導体の取り付けられたハウ
    ジングを、所定の温度範囲の最高温度および最低温度に
    曝すステップと； （ｃ）前記接着剤の硬化後に、切り目を形成するための
    装置を前記ハウジングに接触させるステップと； （ｄ）前記ハウジングに切り目を形成することによって
    前記光源と前記光導体との間の整列を永久変化させるた
    めに、前記装置に一時的に圧力を加えるステップと； を備えることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】光を供給するための光供給手段と； その光供給手段から光を受け取る受光手段と； 前記光供給手段と前記受光手段とを、前記受光手段が前
    記光供給手段から光を受け取るように、接着剤を使用し
    て結合させる光結合手段とを備え、 前記光供給手段と前記受光手段とを通して光軸が延び、
    その光軸を含む２つの直交平面内において前記光結合手
    段はその前記光軸の回りにほぼ対称状をなしており、前
    記光結合手段は、前記光供給手段と前記受光手段とが整
    列するように、前記接着剤の硬化後に、塑性変形されて
    いること を特徴とする装置。
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