JP4313987B2 - ファイバブロックの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバブロックの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の幹線系の光信号の高速化に伴い、光クロスコネクト装置等の光スイッチ機能においても10Gbps(ギガビット毎秒)を超える高速の光信号を取り扱う必要が生じている。また、波長多重数の増加(現在では数千チャンネルにもおよぶ)により、必要とされる光スイッチング規模も大規模なものと成りつつある。
【0003】
このような背景の元、光スイッチの大規模化を実現する技術として、近年、MEMS(Micro Electro Mechanical system)を応用したマイクロティルトミラーアレイを用いた空間光結合型の光スイッチの開発が進められている。例えば、論文「D.T. Neilson et al., “Fully provisioned 112×112 micro-mechanical optical crossconnect with 35.8T b/s demonstrated capacity,”Optical Fiber Communications Conference (OFC 2000), Postdeadline paper PD-12, March 2000.」や、国際公開公報WO 00/20899等で提案されている光スイッチがある。なお、MEMSによるマイクロティルトミラーに関しては、例えば、米国特許6,044,705号等により提案されている技術が知られている。
【0004】
ここで、ミラーを用いる空間結合系の光スイッチでは、(入力側)光ファイバで伝播されてきた信号光を平行ビームとして空間に出力し、マイクロティルトミラーを用いたスイッチング等の処理を行なった後、(出力側)光ファイバへ再入力する入出力光学系が重要となる。このため、大規模光スイッチの製品化に向けて、高精度で安定な入出力光学系を簡易に製作する技術が求められている。
【0005】
以下、従来の入出力光学系について説明する。
図17は従来の入出力光学系の3次元実装構造の一例を模式的に示す図で、この図17に示す入出力光学系は、所定の基板100上に、コリメータレンズ201とファイバブロック202とを組み合わせて成る光学系(光伝送ユニット)200を入力側と出力側とで1組有する(以下、入力側の光学系200を入力光学系200a、出力側の光学系200を出力光学系200bとそれぞれ表記することがある)とともに、基板100上にボルト等で取り付けられ且つ各光学系200a,200bがそれぞれボルト等で取り付けられる取付部材300a,300bを有して構成されている。なお、この図17において光スイッチ機構の図示は省略している。また、上記のファイバブロック202とは、複数の光ファイバをアレイ状に収容するブロックである。
【0006】
そして、このような構造を有する入出力光学系では、入力光学系200aの光出射面と出力光学系200bの光入射面(各光学系200間の光軸)を正確に一致させるために、図17中に矢印で示すように、各光学系200及び取付部材300a,300bの実装位置や向き(角度)を個々に調整することで、3次元方向の光軸調整が行なわれる。
【0007】
しかしながら、このような3次元方向の光軸調整では、一つの部材を調整するのに、縦,横,光軸方向,光軸中心の回転,縦中心の回転,横中心の回転の6軸の調整が必要であるため、組立に非常に多数の工数を要する。例えば、特開平8−220405号公報にも記載されているように、取付部材300a,300b及び各光学系200をボルトで固定した後、光軸の検出を行ない、光軸が一致していなければ、ボルトを一旦緩めて再度光学系200及び取付部材300a,300bの実装位置や角度を調整するという作業を繰り返す必要があるので、光軸調整に大変な手間がかかってしまう。このため、製造歩留まり向上も見込めないため、製品のコストアップの大きな要因となる。
【0008】
そこで、上記特開平8−220405号公報では、図18(a)及び図18(b)に示すような光伝送ユニット2が提案されている。なお、図18(a)は光伝送ユニット2の正面図、図18(b)は光伝送ユニット2の横断平面図である。
この光伝送ユニット2では、本体フレーム11に対して、3箇所に取り付けられた取付ネジ19とバネ(圧縮コイルバネ)20を用い、各取付ネジ19の締め付け量を個々に調整することで、出射光ビーム(発光素子5からの光をコリメータレンズ3でコリメートした平行ビーム)の角度が調整できるようになっている。
【0009】
なお、これらの図18(a)及び図18(b)において、4は偏光ビームスプリッタ、5は発光素子、6は受光素子、7は光軸、11は本体フレーム、9は本体フレーム11の前面枠、9aは前面枠9の装着穴、9bはネジ穴、14は装着穴9aに角度変位可能に挿通された筒状部、16はフランジ、15はフランジ16の外周に120°間隔で形成され取付ネジ19の挿通される取付穴、17は筒体、18は筒体17に偏光ビームスプリッタ,発光素子5及び受光素子6を装着した素子ユニット、19aは取付ネジ19の頭部をそれぞれ示している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知技術では、図17に示すものに比べれば光軸調整が容易になるものの、バネ20を用いているため固定が不安定であり、光軸に予期せねズレが生じやすい。また、バネ20の弾性係数の経年変化によっても光軸にずれが生じてしまう。したがって、光軸調整の精度面及び信頼性(安定性)という観点からは不十分である。
【0011】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、高精度且つ高安定な光軸調整を簡易に実現することのできる、ファイバブロックの製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、複数の光ファイバをアレイ状に接続可能な複数のファイバ挿入孔を有するインサート部材に金属を用い、前記ファイバ挿入孔の内周が所定の樹脂で層状に形成されたファイバブロックの製造方法であって、前記光ファイバの径より大きい径を有する前記ファイバ挿入孔を前記アレイ状に有する前記インサート部材を固定し、前記光ファイバの径と略同じ径を有する整形用ピンを前記固定された前記インサート部材の前記ファイバ挿入孔にそれぞれ挿入し、前記整形用ピンが挿入された前記ファイバ挿入孔に前記所定の樹脂を注入して固化した後、前記整形用ピンを取り外す、工程を有するファイバブロックの製造方法を用いることができる。
ここで、前記整形用ピンは、整形用の金型に前記アレイ状に固定されるようにしてもよい。
また、前記ファイバブロックのインサート部材の熱膨張係数が、前記ファイバブロックに接続されうる前記複数の光ファイバからの入力光をコリメートして出射する複数のコリメートレンズを前記アレイ状に配列した、レンズアレイブロックの熱膨張係数と略同じであってもよい。
さらに、本発明に関連する技術の空間光結合型の入出力光学系は、基板上に、複数の入力光ファイバがアレイ状に接続される入力側のファイバブロックと、該入力側のファイバブロックに接続される該光ファイバからの入力光をコリメートして出射する複数のコリメートレンズをアレイ状に配列した入力側のレンズアレイブロックとを有する入力光学系と、該入力側のレンズアレイブロックから出射される各光を受光する複数のコリメートレンズをアレイ状に配列した出力側のレンズアレイブロックと、複数の出力光ファイバがアレイ状に接続されるとともに、該出力レンズアレイブロックからの光を該出力光ファイバへ出力する出力側のファイバブロックとを有する出力光学系とをそなえるとともに、該入力光学系及び該出力光学系の少なくとも一方において、光路を阻害することなく該レンズアレイブロックと該ファイバブロックとの間に該コリメートレンズの焦点距離に応じた距離を設けるスペーサが介装されていることを特徴としている。
【0013】
かかる構成により、本発明に関連する技術の入出力光学系では、上記のスペーサにより、光路を阻害することなくレンズアレイブロックとファイバブロックとの間にコリメートレンズの焦点距離に応じた距離が設けられるので、光軸方向の調整が不要となり、同一平面内の2次元的な位置調整で光軸調整が済むことになる。
ここで、上記のスペーサは、例えば、該焦点距離に応じた厚みを該光路方向に有し該光を透過する板状透明部材により構成するのが好ましく、この場合、該板状透明部材は、該入力光ファイバ又は該出力光ファイバのもつ光屈折率に応じた光屈折率を有し、当該光屈折率と同じ屈折率を有する透明接着剤により該レンズアレイブロック及び該ファイバブロックと接合されていることが好ましい。このようにすれば、光路が阻害されることはなく、しかも、接着部分での光の反射量を低減することが可能となる。
【0014】
さらに、上記の板状透明部材は、互いの摺動により該光路方向の厚みが変化するよう、クサビ状の側面形状を有する透明板を複数組み合わせて構成されていてもよい。このようにすれば、各透明板の摺動により光路方向の調整(光路距離調整)を簡易且つ高精度に行なうことが可能となる。
なお、上記のスペーサは、上記の焦点距離に応じた厚みを光路方向に有するとともに該コリメートレンズの配列に応じて該光路を避けるよう成形された板状部材により構成してもよい。このようにしても、光軸方向の調整(光路距離調整)が不要となり、同一平面内での2次元的な光軸調整で済む。
【0015】
また、上記の基板及びファイバブロックには、該ファイバブロックを該基板上の所定位置に固定するための位置決め手段を設けてもよい。
さらに、上記の基板上には、該入力光学系から出射される光を所定方向にシフトして折り返す折り返しミラーを設けてもよく、この場合、該入力光学系と該出力光学系とを、該入力光学系の該光の出射面と該折り返しミラーで折り返されてくる光の該出力光学系への入射面とが同一面内に位置するよう入出力一体型ブロックとして一体化することができる。このようにすれば、該入力光学系及び該出力光学系の位置合わせを個別に行なう必要が無くなる。
【0016】
なお、上記の折り返しミラーは、基板上の所定位置で嵌合固定されていてもよい。このようにすれば、折り返しミラーの位置合わせ(固定)をも簡易に行なうことが可能となる。また、上記入出力一体型ブロックには、基板上において上記の折り返しミラーと入出力一体型ブロックの双方の位置決めを一時に行なうための位置決め部材と所定位置で固定される位置決め手段を設けてもよい。このようにすれば、折り返しミラー及び入出力一体型ブロックの位置合わせを個別に行なう必要が無くなる。
【0017】
また、本発明に関連する技術の空間光スイッチは、上述した入出力光学系と、上記の入力光学系と出力光学系との間の光路切り替えを行なうティルトミラーアレイブロックとをそなえたことを特徴としている。これにより、本発明に関連する技術の空間光スイッチにおいても、上記のスペーサにより、光路を阻害することなくレンズアレイブロックとファイバブロックとの間にコリメートレンズの焦点距離に応じた距離が設けられるので、光軸方向の調整(光路距離調整)が不要となり、2次元的な光軸調整で済むことになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(A)空間光結合型の入出力光学系の説明
図1は一実施形態としての空間光結合型の入出力光学系の構成を模式的に示す図で、この図1に示す入出力光学系は、筐体(基板)50と、入力光学系30及び出力光学系40とをそなえて構成されており、筐体50上で入力光学系30の光の出射面と出力光学系40の入射面とが対向して設けられることにより、入力光学系30から出射される光が空間を伝搬して出力光学系40で受光されるようになっている。
【0019】
このため、入力光学系(入力コリメータ)30には、複数の光ファイバ(入力光ファイバ)34がアレイ状に接続される入力ファイバブロック31と、各入力光ファイバ34を通じて入力される光をコリメートして出射するための複数のコリメートレンズ321が入力光ファイバ34の配列に合わせてアレイ状に配列されたレンズアレイブロック32とが設けられるとともに、本実施形態では、これらのブロック31,32間にスペーサ33が介装されている。
【0020】
同様に、出力光学系(出力コリメータ)40にも、複数の光ファイバ(出力光ファイバ)44がアレイ状に接続される出力ファイバブロック41と、入力光学系30から出射された光(以下、ビーム光又はコリメート光ということがある)を受光して出力ファイバブロック41に接続された出力光ファイバ44へ出射するための複数のコリメートレンズ321が出力光ファイバ44の配列に合わせてアレイ状に配列されたレンズアレイブロック42とが設けられるとともに、これらのブロック41,42間にスペーサ43が介装されている。
【0021】
上記のスペーサ33(43)は、図1中に示すように、入力光学系30と出力光学系40との間の光軸方向に所定の厚みを有しており、接着剤等でファイバブロック31(41)及びレンズアレイブロック32(42)に接合されている。ここで、ビーム光をレンズアレイブロック32(42)でコリメートする関係上、コリメートレンズ321の焦点距離とビーム光の伝搬距離とによって決まるファイバ−レンズ間隔に高い精度が要求される。そこで、スペーサ33(43)は、高精度に研磨する等してその厚みを調整する。また、各光学系30,40間(ファイバブロック31,41間)の光路を阻害しないようにする必要があるので、スペーサ33(43)には、例えば図2(a),図2(b)に模式的に示すように、コの字形状を有するコの字型ブロック(コの字型スペーサ;コリメートレンズ321の配列に応じて光路を避けるよう成形された板状部材)や、ビーム光を透過する透明な板(透明スペーサ;板状透明部材)を適用する。
【0022】
このように、スペーサ33(43)により、レンズアレイブロック32(42)とファイバブロック31(41)との間隔をレンズアレイブロック32(42)に用いるコリメートレンズ321の焦点距離から計算される距離だけ離して固定する構造とすることで、光軸方向の間隔がスペーサ33(43)の厚みによって決まるため、光軸方向の位置調整が不要となる。
【0023】
ここで、ファイバ出射光(又は入射光)とコリメート光との間には下記式に示す関係がある。これは、光ファイバ34(44)とコリメートレンズ321の相対位置を変えることによって出射光の位置及び角度を変えられることを意味する。つまり、例えば図3に模式的に示すように、コリメートレンズ321〔レンズアレイブロック32(42)〕の位置を同一平面内で動かすだけでファイバ出射光の出射位置及び出射角度を(微)調整できることになる。
【0024】
【数1】
【0025】
rin:ファイバ出射光の位置, r ’in:ファイバ出射光の角度
rout:コリメート光の出射位置, rout:コリメート光の角度
f:コリメートレンズの焦点距離
したがって、例えば、ファイバブロック31(41)への固定前に、レンズアレイブロック32(42)とスペーサ33(43)とを一体として、ファイバブロック31(41)に押し付けながら動かす、つまり、コリメートレンズ321を同一平面内において2次元方向に動かす(上下左右に動かす、あるいは、回転させる)だけで、入力コリメータ30と出力コリメータ40との間のビーム光の光軸調整が可能となる。その結果、高精度且つ高安定な光軸調整を簡易に実現することができる。
【0026】
なお、上述した例では、入力コリメータ30及び出力コリメータ40の双方にスペーサ33(43)を設けているが、光路方向の調整を省くという意味では、少なくともいずれか一方に設けるだけでもよい。
また、このスペーサ33(43)は、所望の厚みになるまで研磨することで高精度化を図ることができるが、より低コスト化を目指す方法として、例えば図4(b)に模式的に示すように、クサビ状の2つの透明板(以下、クサビ板という)331,332を組み合わせて構成することもできる。ここで、この図4はスペーサ33(43)を例えば図2(b)における矢印Aの方向からみたときの側面図である。
【0027】
この場合、コリメートレンズ321の焦点距離に対応する厚みになるよう、図4(a),図4(c)に模式的に示すように、クサビ板331,332を摺動してこれらの相対位置を上下方向(矢印方向)に(微)調整してスペーサ33(43)の厚みを調整することで、ファイバブロック31(41)とレンズアレイブロック32(42)との間の間隔調整を隙間無く行なうことができる。
【0028】
実際の調整は、例えば、各クサビ板331,332の一方をファイバブロック31(41)に透明接着剤等で固着するとともに、他方をレンズアレイブロック32(42)に透明接着剤等で固着してレンズアレイブロック32(42)と一体化した状態で、レンズアレイブロック32(42)をファイバブロック31(41)に固着したクサビ板に押し付けながらレンズアレイブロック32(42)を移動させることで行なうことができる。
【0029】
この際のクサビ板331,332の移動量は、例えば、クサビ板331,332の傾斜から2枚のクサビ板331,332の相対位置を計算したり、厚み計でスペーサ33(43)の厚みを計測しながら各クサビ板331,332を移動させたりすることで決定できる。調整後は、各クサビ板331,332を接着剤等で固着する。
【0030】
なお、上述のごとく透明スペーサ33(43)を透明接着剤等でファイバブロック31(41)に貼り付ける場合、その境界面で光反射が生じうる。この光反射は、適用部材と接着剤の屈折率差により決まる。そこで、スペーサ33(43),コリメートレンズ321及び接着剤の屈折率を光ファイバ34(44)と合わせることで境界面での光反射量の低減、即ち、ビーム光の反射戻り光による減衰量(損失量)の低減が可能となる。
【0031】
例えば、光ファイバ34(44)の伝送光の中心波長が1.3μm程度でその屈折率が1.452と仮定すると、図5に示すように、透明スペーサ33(43),コリメートレンズ321(溶融石英等)及び透明接着剤の屈折率をそれぞれ1.447程度とすれば、反射戻り光を効果的に低減することが可能である。
なお、コの字スペーサ33(43)〔図2(a)参照〕を用いる場合には、ファイバブロック31(41)とレンズアレイブロック32(42)との間に空間が生じ屈折率差が生じるため、例えば、ファイバブロック31(41)の端面にAR(Anti-Reflection)コートを施す、もしくは、ARコート済みの透明板を貼り付けて、反射戻り光の発生を防止するのが望ましい。
【0032】
以上のように、本実施形態の入出力光学系では、レンズアレイブロック32(42)を同一平面内で上下左右等に移動することで光軸調整を行なうが、レンズアレイブロック32の移動量が許容範囲を超えると、ビーム光がコリメートレンズ321からはみ出すことになり過剰損失が発生する。この過剰損失を低減するために、コリメートレンズ321で補正可能な範囲内にファイバブロック31(41)の実装位置を収める必要があるので、ファイバブロック31(41)自体の実装精度を向上する必要がある。
【0033】
そこで、例えば図6に模式的に示すように、筐体50側の固定部51に勘合固定用のガイド孔511を複数箇所に設けるとともに、ファイバブロック31(41)にも、これらのガイド孔511に対応してガイド孔311を複数箇所に形成しておき、これらのガイド孔311,511(位置決め手段)にそれぞれ仮固定ピン(以下、単に「ピン」という)70を通すことで、ファイバブロック31(41)を固定部51に固定する構造とする。これにより、ファイバブロック31(41)を筐体50の所定位置に簡易且つ高精度に位置決めして固定(仮固定)することが可能となる。なお、ピン70は、溶接等でファイバブロック31を固定部51に固着させた後、取り除かれる。
【0034】
ここで、ファイバブロック31(41)には、図6中に示すように、光ファイバ接続(挿入)用の孔(以下、「ファイバ挿入孔」という)312を高精度に形成した整列部材を用いるが、この整列部材に、ファイバ挿入孔312を形成する際に上記の実装用のガイド孔311も一緒に形成すれば、ファイバ挿入孔312とガイド孔311とをそれぞれ高精度に実現できる。
【0035】
なお、上述した嵌合固定は、上述した手法には限られない。例えば、固定部51の複数箇所に凸部を設けるとともに、ファイバブロック31(41)に、これらの凸部とそれぞれ嵌合される凹部を複数箇所に形成したり、これとは逆に、固定部51に複数の凸部、ファイバブロック31(41)に複数の凹部を形成しておき、上記のピン70を用いることなくこれらの凸部及び凹部を介して嵌合固定する構造にしてもよい。
【0036】
また、ファイバブロック31(41)の光ファイバ挿入用の孔312の周囲に沿って延在する凸部又は凹部を設け、この凸部又は凹部と嵌合される凹部又は凸部を固定部51に設けておき、これらの凸部及び凹部を介して、ファイバブロック31(41)と固定部51とを嵌合固定する構造にすることも可能である。
ところで、上述した入力コリメータ30と出力コリメータ40との間に、例えば図7に模式的に示すように、ミラー60,61等の光路を変更するデバイスを設ければ、それに応じて、入力コリメータ30及び出力コリメータ40の配置も変わる。したがって、例えば図8の模式的上面図に示すような位置関係で、入力コリメータ30から出射されるビーム光を所定方向にシフトして折り返すコーナーミラー(V字型ミラー;折り返しミラー)63と、入力コリメータ30及び出力コリメータ40とを筐体50(図8では不図示)上に配置すれば、入力コリメータ30のビーム光の出射面とコーナーミラー63で折り返されてくるビーム光の出力コリメータ40への入射面とを同一面内に位置させることができる。
【0037】
その結果、この図8に示すように、例えば、入力コリメータ30と出力コリメータ40とを同一の固定基板80等に固着することで入出力一体型ファイバブロック81として一体化することが可能となる。かかる一体化により、入力コリメータ30と出力コリメータ40とを別体として扱う場合に比して、筐体50への実装精度が大幅に向上し、光軸調整の簡易化をさらに図ることができる。
【0038】
なお、コーナーミラー63のトレランス(許容誤差)は非常に緩いため、筐体50に対して嵌合による位置決め(固定)も可能である。また、コーナーミラー63には、所要の2面に反射コーティングを施した三角プリズムを用いることも可能である。以上により、後述する空間光スイッチを組み立てる際の組立工数の削減も可能となる。
【0039】
また、この場合、入力コリメータ30と出力コリメータ40を固定する固定基板80の熱膨張係数を小さくすることで、温度変動に対する固定基板80の熱膨張量〔例えば図(b)参照〕を低減することができる。したがって、例えば図9(a),図9(b)に模式的に示すように、温度変動に起因するファイバ位置の変動を抑制してファイバ位置を安定させることができる。なお、図9(a)及び図9(b)はいずれも入出力一体型ファイバブロックの模式的正面図である。
【0040】
次に、入力コリメータ30からの出射光の偏向について検討する。
入力コリメータ30からの出射光の角度は前述したようにコリメートレンズ321の中心と光ファイバ34の中心との位置関係によって決まる。これらの中心が一致している場合は、例えば図10(a)に模式的に示すように0°方向にコリメート光が出射されるが、ズレが生じた場合は、例えば図10(b)に模式的に示すように、そのズレに応じてコリメート光の出射角度に傾き(偏向)が生じる。
【0041】
かかる偏向の発生要因として、ファイバブロック31とレンズアレイブロック32の温度変動に伴う熱膨張量が異なることが挙げられる。そこで、例えば、ファイバブロック31とレンズアレイブロック32の熱膨張係数をほぼ同等の値にすれば、ファイバ中心とレンズ中心の位置関係を温度によらず一定にすることができ、コリメータ30の出射光角度の温度変動を低減することが可能となる。したがって、熱変動に対し非常に安定なコリメータ30、ひいては、入出力光学系を実現することができる。
【0042】
ここで、レンズアレイブロック32と同等の熱膨張係数をもつファイバブロック31は、例えば図11(a)に模式的に示すように、ファイバ径よりも大きな整列(アレイ配列)用のファイバ挿入孔312を設けた、レンズアレイブロック32と同等の熱膨張係数をもつ部材(ブロック)313をインサート部材とし、図11(b)及び図11(c)に模式的に示すように、その周囲及びファイバ挿入孔312の内周に樹脂(層)314を形成することで簡易に作成することができる。なお、図11(c)は図11(b)に示す樹脂形成後のブロック313をファイバ挿入孔312の列に沿った平面で切断して示す模式図である。
【0043】
具体的に、かかるファイバブロック(整列部材)31は、例えば図12(a)〜図12(c)に模式的に示すような各工程により作成できる。
即ち、まず、図12(a)に示すように、ファイバ径よりもやや大きめの孔312′をファイバ本数分空けたインサート部材(金属等で作成)313を樹脂成形用の金型(筐体)315に固定し、その状態で、ファイバ径と略同じ直径の整形用ピン317を上記ファイバ本数分有する金型316を、図12(b)に示すように、インサート部材313の各孔312′に挿入して固定する。
【0044】
かかる状態で、図12(c)に示すように所定の樹脂剤を金型315に注入して固化した後、金型315,316を取り外すことにより、整形用ピン317の直径を直径とするファイバ挿入孔312及び周囲が樹脂で覆われた前記ファイバブロック31〔図11(a)〜図11(c)参照〕が作成される。ファイバブロック41も、上記と同様の工程で作成できる。
【0045】
なお、具体的に、レンズアレイブロック32とインサート部材313に用いる材料の組み合わせとしては、例えば、溶融石英(熱膨張係数0.5×10-6 /℃)とインバー(熱膨張係数1×10-6 /℃)の組み合わせが考えられる。
(B)空間光スイッチの説明
次に、上述した光入出力光学系を用いた空間光結合デバイスとして空間光スイッチの構成について説明する。
【0046】
図13は一実施形態に係る空間光結合型の光スイッチの構成を模式的に示す斜視図で、この図13に示す光スイッチ(以下、「空間光スイッチ」という)は、L字形状を有する筐体(L字型筐体)50の水平面部50Bの所定位置に、前述したように固定基板80により入力コリメータ30と出力コリメータ40とを一体化した入出力一体型ファイバブロック81が設けられるとともに、筐体50の垂直面部50D上の所定位置にコーナーミラー63が設けられ、且つ、前記の水平面部50Bと垂直面部50Dとが交差する部分にティルトミラーアレイブロック90が設けられた構造を有している。なお、ティルトミラーアレイブロック90の斜面部90Aと水平面部50B及び垂直面部50Dとがなす角度は例えば45°である。
【0047】
ここで、ティルトミラーアレイブロック90には、入力コリメータ30に挿入される入力ファイバ34の本数分の入力ティルトミラー91(図13中で白抜き丸印で示す)と、出力コリメータ40に挿入される出力ファイバの合計本数分の出力ティルトミラー92(図13中で網がけ丸印で示す)とがそれぞれコリメートレンズ321の配列に応じてアレイ状に設けられており、入力コリメータ30から出射されるビーム光を入力ティルトミラー91でコーナーミラー63へ反射させ、当該コーナーミラー63による反射光を出力ティルトミラー92でさらに出力コリメータ40へ反射することで、例えば図13中に矢印93で示すような光路を辿ってビーム光が空間を伝送されるようになっている。
【0048】
なお、上記の各ティルトミラー91,92としては、例えば、MEMS技術を応用して作製した公知のマイクロティルトミラーを用いることができる。このMEMSによるマイクロティルトミラーは、トーションバーにより支持され上面にミラーが形成された可動板をシリコン基板等に一体に設け、当該可動板を電磁力によりトーションバーを軸にして回動させることで、ミラーの振角を可変制御できるものである。
【0049】
したがって、各ティルトミラー91,92のミラー振角を個々に制御することで、入力コリメータ30(入力光ファイバ34)と出力コリメータ40(出力光ファイバ44)との間の光路93を任意に切り替えることができ、ティルトミラー数に応じた規模(図13では16チャンネル×16チャンネル)の光クロスコネクトが可能な空間光スイッチが実現されることになる。
【0050】
そして、本空間光スイッチでは、入力コリメータ30及び出力コリメータ40が入出力一体型ファイバブロック81として一体化されているので、光学部品の実装が非常に容易で、前述したように光軸調整も簡易且つ高精度に行なうことが可能であり、さらに、その小型化も実現される。したがって、空間光スイッチの低コスト化を図ることが可能である。
【0051】
なお、入出力一体型ファイバブロック81,コーナーミラー63及びティルトミラーアレイブロック90の筐体50上での配置は、例えば、図14及び図15に示すような配置にすることもできる。なお、図14は空間光スイッチの模式的側面図、図15は空間光スイッチの模式的斜視図である。
即ち、これらの図14及び図15に示すように、斜面部50A,50Cと水平面部50Bとを有する筐体50に対して、一方の斜面部50Aに入出力一体型ファイバブロック81を設置するとともに、他方の斜面部50Cにコーナーミラー63を設置し、且つ、水平面部50Bにティルトミラーアレイブロック90を設置するのである。なお、水平面部50Bと斜面部50A,50Cとがなす角度α,βはそれぞれ例えば45°である。また、図15においてティルトミラーアレイブロック90の図示は省略している。
【0052】
この際、入出力一体型ファイバブロック81は、図6により前述した固定方法と同様にして固定する。即ち、図15中に示すように、筐体50上に設けられた固定部51のガイド孔511と入出力一体型ファイバブロック81に予め設けられたガイド孔311とが連通するよう入出力一体型ファイバブロック81を固定部51に位置合わせし、固定ピン70をガイド孔311,511に通して固定するのである。ただし、この場合も、勿論、前述したような他の嵌合固定手法を適用することもできる。
【0053】
また、コーナーミラー63についても、例えば前述したような嵌合固定により設置する。
このような構造を採用することで、空間光スイッチの組立、即ち、入出力一体型ファイバブロック81,コーナーミラー63の実装(位置合わせ及び固定)と光軸調整とを簡易に行なうことができる。また、図13により上述した空間光スイッチよりもさらに空間光スイッチの小型化を図ることができるとともに、この場合は、ティルトミラーアレイブロック90を水平面部50Bに設置しているので、各ティルトミラー91,92(可動板)に対して均等に重力がかかり、図13に示す構造(ティルトミラー91,92の配置面に傾斜がある)に比して、可動板の振角制御が容易且つ正確に行なうことができる。
【0054】
なお、空間光スイッチにおいては、入出力一体型ファイバブロック81とコーナーミラー63の位置関係(相対位置)が非常に重要であるので、これらの実装は、例えば図16(a)及び図16(b)に示すように、位置合わせ冶具55を用いて行なうのが好ましい。なお、図16(b)は空間光スイッチの組立前の状態を示す上面図、図16(b)は図16(a)に示す空間光スイッチの組立後の状態を示す側面図である。
【0055】
ここで、上記の位置合わせ冶具(位置決め部材)55は、筐体50上においてコーナーミラー63と入出力一体型ファイバブロック81の双方の位置決め(位置合わせ)を一時に行なうためのもので、例えば図16(b)に示すように、コーナーミラー63と入出力一体型ファイバブロック81を実装すべき筐体50上の位置関係に応じたL字形状を有している。
【0056】
そして、その一方の面部55Aには、入出力一体型ファイバブロック81(コリメータ30,40)に予め設けられたガイド孔311に対応して嵌合用のガイド孔551が複数箇所に設けられており、筐体50の一方の斜面部50Aに接した状態で、位置決め手段としての入出力一体型ファイバブロック81のガイド孔311と位置合わせ冶具55のガイド孔551とが連通するように入出力一体型ファイバブロック81を位置合わせ冶具55に配置して、ピン70をガイド孔311及び551に通すことにより、入出力一体型ファイバブロック81を位置合わせ冶具55に嵌合固定(仮固定)する。
【0057】
これにより、位置合わせ冶具55の他方の面部55Bがコーナーミラー63を配置すべき位置となるので、位置合わせ冶具55の面部55Bに接するようコーナーミラー63を筐体50の斜面部50Cに配置(仮固定)すれば、入出力一体型ファイバブロック81とコーナーミラー63とが所定位置に正確に配置できることになる。
【0058】
なお、上記の仮固定の後、入出力一体型ファイバブロック81及びコーナーミラー63を溶接等により筐体50に固着してしまえば、上記のピン70及び位置合わせ冶具55は取り除かれる。
このように、コーナーミラー63及び入出力一体型ファイバブロック81を筐体50に実装するに際して位置合わせ冶具55を用いることで、コーナーミラー63及び入出力一体型ファイバブロック81の位置合わせを個別に行なう必要が無くなるので、より簡易且つ正確な実装が実現できる。
【0059】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができることはいうまでもない。
(C)付記
(付記1) 基板上に、
複数の入力光ファイバがアレイ状に接続される入力側のファイバブロックと、該入力側のファイバブロックに接続される該光ファイバからの入力光をコリメートして出射する複数のコリメートレンズをアレイ状に配列した入力側のレンズアレイブロックとを有する入力光学系と、
該入力側のレンズアレイブロックから出射される各光を受光する複数のコリメートレンズをアレイ状に配列した出力側のレンズアレイブロックと、複数の出力光ファイバがアレイ状に接続されるとともに、該出力レンズアレイブロックからの光を該出力光ファイバへ出力する出力側のファイバブロックとを有する出力光学系とをそなえるとともに、
該入力光学系及び該出力光学系の少なくとも一方において、光路を阻害することなく該レンズアレイブロックと該ファイバブロックとの間に該コリメートレンズの焦点距離及び該光路の距離に応じた距離を設けるスペーサが介装されていることを特徴とする、空間光結合型の入出力光学系。
【0060】
(付記2) 該スペーサが、該焦点距離及び該光路の距離に応じた厚みを該光路方向に有し該光を透過する板状透明部材により構成されたことを特徴とする、付記1記載の空間光結合型の入出力光学系。
(付記3) 該板状透明部材が、該入力光ファイバ又は該出力光ファイバのもつ光屈折率に応じた光屈折率を有し、当該光屈折率と同じ屈折率を有する透明接着剤により該レンズアレイブロック及び該ファイバブロックと接合されていることを特徴とする、付記2記載の空間光結合型の入出力光学系。
【0061】
(付記4) 該板状透明部材が、互いの摺動により該光路方向の厚みが変化するよう、クサビ状の側面形状を有する透明板を複数組み合わせて構成されたことを特徴とする、付記2又は付記3に記載の空間光結合型の入出力光学系。
(付記5) 該スペーサが、該焦点距離及び該光路の距離に応じた厚みを該光路方向に有するとともに該コリメートレンズの配列に応じて該光路を避けるよう成形された板状部材により構成されたことを特徴とする、付記1記載の空間光結合型の入出力光学系。
【0062】
(付記6) 該基板及び該ファイバブロックに、該ファイバブロックを該基板上の所定位置に固定するための位置決め手段が設けられていることを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の空間光結合型の入出力光学系。
(付記7) 該基板上に、該入力光学系から出射される光を所定方向にシフトして折り返す折り返しミラーがさらに設けられるとともに、
該入力光学系と該出力光学系とが、該入力光学系の該光の出射面と該折り返しミラーで折り返されてくる光の該出力光学系への入射面とが同一面内に位置するよう入出力一体型ブロックとして一体化されていることを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載の空間光結合型の入出力光学系。
【0063】
(付記8) 該折り返しミラーが、該基板上の所定位置に嵌合固定されていることを特徴とする、付記7記載の空間光結合型の入出力光学系。
(付記9) 該入出力一体型ブロックに、該基板上において該折り返しミラーと該入出力一体型ブロックの双方の位置決めを一時に行なうための位置決め部材と所定位置で固定される位置決め手段が設けられたことを特徴とする、付記7記載の空間光結合型の入出力光学系。
【0064】
(付記10) 該ファイバブロックと該レンズアレイブロックがそれぞれ同等の熱膨張係数を有する材料を用いて構成されたことを特徴とする、付記1〜9のいずれか1項に記載の空間光結合型の入出力光学系。
(付記11) 該ファイバブロックが、
該配列に応じた複数の孔部を形成し該レンズアレイブロックの熱膨張係数と同等の熱膨張係数を有する金属製のインサート部材と、
該インサート部材を覆う樹脂材とで構成されたことを特徴とする、付記1〜10のいずれか1項に記載の空間光結合型の入出力光学系。
【0065】
(付記12) 付記1〜11のいずれか1項に記載の入出力光学系と、
該入力光学系と該出力光学系との間の光路切り替えを行なうティルトミラーアレイブロックとをそなえたことを特徴とする、空間光結合型の光スイッチ。
【0066】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、次のような効果ないし利点が得られる。
(1)ファイバブロックとレンズアレイブロックとの間にスペーサを設けて、レンズアレイブロックとファイバブロックとの間にコリメートレンズの焦点距離に応じた距離を設けて固定する構造なので、光軸方向の光軸調整が不要となり、同一平面内の2次元的な調整で光軸調整を行なうことができる。したがって、従来よりも高精度且つ高安定な光軸調整を簡易に実現できる。
【0067】
(2)上記のスペーサは、光路を阻害しないものであればよく、例えば、光を透過する板状透明部材や光路を避けるようその形状が成形された板状部材でよいが、透明部材を用いる場合には、光ファイバのもつ光屈折率に応じた光屈折率を有し、その光屈折率と同じ屈折率を有する透明接着剤によりレンズアレイブロック及びファイバブロックと接合するのが好ましい。このようにすれば、接合面での光損失や光反射を低減することができる。
【0068】
(3)また、上記の板状透明部材を、互いの摺動により光路方向の厚みが変化するよう、クサビ状の側面形状を有する透明板を複数組み合わせて構成すれば、光路方向の厚み、即ち、光ファイバ−コリメートレンズ間の距離を簡易且つ高精度に調整することができる。
(4)ファイバブロックを基板上の所定位置に固定するための位置決め手段を設けることにより、ファイバブロックを基板上の所定位置に簡易且つ高精度に位置決めして固定することができる。
【0069】
(5)入力光学系と出力光学系とを、入力光学系の光の出射面と折り返しミラーで折り返されてくる光の該出力光学系への入射面とが同一面内に位置するよう入出力一体型ブロックとして一体化することにより、入力光学系及び出力光学系の位置合わせを個別に行なう必要が無くなるので、さらに簡易且つ高精度な入力光学系及び出力光学系の実装が可能となる。
【0070】
(6)折り返しミラーは、基板上の所定位置に嵌合固定されていてもよく、このようにすれば、さらに入出力光学系の簡易な実装が可能となる。
(7)入出力一体型ブロックに、基板上において折り返しミラーと入出力一体型ブロックの双方の位置決めを一時に行なうための位置決め部材と所定位置で固定される位置決め手段が設けることにより、折り返しミラーと入出力一体型ブロックの位置決めを個別に行なう必要が無くなるので、さらに簡易且つ高精度に、折り返しミラーと入出力一体型ブロックの位置合わせを行なって固定することができる。
【0071】
(8)ファイバブロックとレンズアレイブロックを、それぞれ同等の熱膨張係数を有する材料を用いて構成することにより、熱膨張率の違いによるファイバブロックとレンズアレイブロックの温度変化による相対位置のズレを抑制して、ファイバ中心とレンズ中心の位置関係を温度によらず一定にすることができるので、入力光学系の出射光角度の温度変動を低減することが可能となる。したがって、熱変動に対し非常に安定な入出力光学系を実現することができる。
【0072】
(9)ファイバブロックを、光ファイバの配列に応じた複数の孔部を形成しレンズアレイブロックの熱膨張係数と同等の熱膨張係数を有する金属製のインサート部材と、このインサート部材を覆う樹脂材とで構成することにより、レンズアレイブロックと同等の熱膨張係数を有するファイバブロックを簡易に作成することができる。
【0073】
(10)上述したいずれかの構造を有する入出力光学系と、入力光学系と出力光学系との間の光路切り替えを行なうティルトミラーアレイブロックとをそなえることで、組立が簡易で、しかも、光軸調整が簡易且つ高精度に行なえる空間光結合型の光スイッチを実現でき、かかる光スイッチの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施形態としての空間光結合型の入出力光学系の構成を模式的に示す図である。
【図2】 本実施形態の入出力光学系に用いるスペーサの一例を示す模式図で、(a)はコの字型スペーサ、(b)は透明スペーサを示す模式図である。
【図3】 本実施形態の入出力光学系における光軸調整の動作原理を説明するための模式図である。
【図4】 (a)〜(c)はいずれも図2(b)に示すスペーサの変形例を示す図である。
【図5】 本実施形態に係る接着剤屈折率と反射戻り光との関係を示す図である。
【図6】 本実施形態の入出力光学系におけるファイバブロックと固定部との固定方法を説明するための模式図である。
【図7】 本実施形態の入力光学系と出力光学系との配置の変形例を示す模式図である。
【図8】 本実施形態の入力光学系と出力光学系とを一体化した場合の入出力光学系の構造を示す模式図である。
【図9】 (a)及び(b)はいずれも本実施形態の入出力一体型ファイバブロックの模式的正面図である。
【図10】 (a)及び(b)は本実施形態の入力光学系から出射される光の偏向を説明するための模式図である。
【図11】 (a)〜(c)は本実施形態のファイバブロックの構造を説明するための模式図である。
【図12】 (a)〜(c)は本実施形態のファイバブロックの製造工程を説明するための模式図である。
【図13】 本実施形態の入出力光学系を用いた空間光結合型の光スイッチの構成を示す模式的斜視図である。
【図14】 本実施形態の入出力光学系を用いた空間光結合型の光スイッチの変形例を示す模式的側面図である。
【図15】 本実施形態の入出力光学系を用いた空間光結合型の光スイッチの変形例を示す模式的斜視図である。
【図16】 図14及び図15に示す空間光結合型の光スイッチにおける位置合わせ冶具を用いたコーナーミラー及び入出力一体型ファイバブロックの位置合わせ実装を説明するための模式図で、(a)は光スイッチの組立前の状態を示す上面図、(b)は(a)に示す光スイッチの組立後の状態を示す側面図である。
【図17】 従来の入出力光学系の3次元実装構造の一例を模式的に示す図である。
【図18】 (a)は従来の光伝送ユニットの正面図、(b)は従来の光伝送ユニットの横断平面図である。
【符号の説明】
30 入力光学系(入力コリメータ)
31 入力側のファイバブロック
311 ガイド孔(位置決め手段)
312 ファイバ挿入孔
313 インサート部材
314 樹脂(層)
315,316 金型
32 入力側のレンズアレイブロック
321 コリメートレンズ
33 スペーサ
331,332 透明板
34 入力光ファイバ
40 出力光学系(出力コリメータ)
41 出力側のファイバブロック
42 出力側のレンズアレイブロック
43 スペーサ
44 出力光ファイバ
50 筐体(基板)
50A,50C 斜面部
50B 水平面部
50D 垂直面部
511 ガイド孔(位置決め手段)
55 位置合わせ冶具(位置決め部材)
55A,55B 面部
551 ガイド孔
60,61 ミラー
63 コーナーミラー(折り返しミラー)
70 仮固定ピン
80 固定基板
81 入出力一体型ファイバブロック
90 ティルトミラーアレイブロック
Claims (3)
- 複数の光ファイバをアレイ状に接続可能な複数のファイバ挿入孔を有するインサート部材に金属を用い、前記ファイバ挿入孔の内周が所定の樹脂で層状に形成されたファイバブロックの製造方法であって、
前記光ファイバの径より大きい径を有する前記ファイバ挿入孔を前記アレイ状に有する前記インサート部材を固定し、
前記光ファイバの径と略同じ径を有する整形用ピンを前記固定された前記インサート部材の前記ファイバ挿入孔にそれぞれ挿入し、
前記整形用ピンが挿入された前記ファイバ挿入孔に前記所定の樹脂を注入して固化した後、前記整形用ピンを取り外す、工程を有することを特徴とする、ファイバブロックの製造方法。 - 前記整形用ピンは、整形用の金型に前記アレイ状に固定されることを特徴とする、請求項1記載のファイバブロックの製造方法。
- 前記ファイバブロックのインサート部材の熱膨張係数が、
前記ファイバブロックに接続されうる前記複数の光ファイバからの入力光をコリメートして出射する複数のコリメートレンズを前記アレイ状に配列した、レンズアレイブロックの熱膨張係数と略同じである、
ことを特徴とする、請求項1または2に記載のファイバブロックの製造方法。
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