JPH08220376A - 先球ファイバレンズの作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定の焦点距離を持つ先球ファイバレンズを
容易に、且つ高精度に形成する。 【構成】 先球ファイバの作成方法に関する。光ファイ
バ１０の先端を放電加熱して溶融し、型を有する光ファ
イバ溶融装置１において、所定の先球ファイバレンズを
得るために、その形状にあった型２を押し付けて光ファ
イバ先端に転写して所定の焦点距離を有する先球ファイ
バレンズを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバから出射す
る光が所定の焦点距離を持つようにしたり、あるいは、
受光した光を光ファイバのコアに集めるための球面や非
球面ファイバレンズの作成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバの先端をレンズ状に加
工する方法として、研削などがあった。

【０００３】しかし、この方法は加工が大変であり量産
するのには難しい。

【０００４】また、光ファイバの先端部を加熱溶融して
先球ファイバレンズを作成する方法として溶融加熱中の
ボ−ルアップの様子を画像処理し画像でモニタして予め
設定した溶融した光ファイバの引き込み量と一致したと
きに加熱を停止する方法が提案された。この他に光ファ
イバの他端から光を導入しボールアップ端から放射させ
て、この放射光を検出して所定の焦点距離にする方法な
どがある。放電で光ファイバ先端をボールアップさせる
方法は製作するのには簡単であるが、放電パワーや放電
時間などで形状が決まってしまう。これらの形状は、必
ずしも最適なレンズの形状とはならず、そのために所定
の焦点が得がたく、また、光ファイバ結合においても光
の損失が生じる。また、光ファイバ先端形状の寸法もば
らつきがあり、問題があった。また、レ−ザダイオ−ド
（ＬＤ）からの光を光ファイバにカップリングすると
き、ＬＤからの出射光は、楕円の形状になり、先球を非
球面にする必要があり、単にボ−ルアップによる先球化
では、非球面レンズの製作が困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ほぼ平行光線になるよ
うにしたり、所定の焦点距離を持つ先球ファイバレンズ
を作成するためには、光ファイバ先端が球、楕円球等の
球面、あるいは非球面等の最適な形状があるが、これら
の形状は溶融条件を変えただけでは得られない。表面張
力と重力の影響を受ける為ゆがんだ形状になる。従って
所定の焦点距離を持つこと、完全な平行光線にすること
は困難であり、先球ファイバ同士の光カップリング等に
おいて有効にカップリングができず損失が大きくなる。
光が通る光ファイバ先端の部分だけでも所定の形状にす
れば損失もかなり減り、所定の焦点距離が得られると思
われる。また、レ−ザダイオ−ドからの光ファイバへの
受光の際は、光は、楕円の形状のため先球を非球面にす
る必要がある。このように損失を少なくし、しかも形状
の再現性が良く、容易に所定の焦点距離が得られる先球
ファイバレンズの作成方法を提供しようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバ溶
融装置１と型２を組み合わせた先球ファイバレンズ２０
の作成方法である。所定の焦点距離を持つ先球フィバレ
ンズ２０を得る手段として光ファイバ溶融装置１で光フ
ァイバ１０の先端を溶融しボ−ルアップさせる工程と融
けて柔らかくなった状態で、所定の形状をした型２に押
しつける工程がある。光ファイバ１０が柔らかい状態で
型２に押しつける事により型２の形状を光ファイバ１０
の先端に転写する事が出来る。また、長焦点距離にする
ために光ファイバ１０の先端部にコア終端部１５を形成
する工程の後、コア終端部１５を含む先端部に光ファイ
バ１２を接続して、この接続した光ファイバ１２の先端
を光ファイバ溶融装置１で溶融しボールアップする工程
と柔らかい状態で所定の型２に押しつけて先球ファイバ
レンズ２０を形成する工程が可能である。また、コア終
端部１５から先球先端までの間にコアが存在する場合、
コア終端部１５から出射した光が、再びコアに入る事に
より焦点距離が二つ存在したり、光量が弱くなったりし
ないためにコアを溶融してコア終端部１５を後方の所定
の位置に決め、光ファイバ１０の先端を溶融し、型２に
押しつけて所定の形状に形成できる。

【０００７】

【作用】本発明は、溶融装置と型を組み合わせる事によ
って所定の焦点距離または、焦点像が得られる光ファイ
バレンズが得られる。型に押しつけて型の形状をファイ
バに転写するということは光学的に焦点距離を持つレン
ズ、平行光線になるレンズの形状が始めからわかってい
れば、その形状通りの型を作製し、最良の条件下で成形
し、全く同じ形状のレンズを作製することができる。ま
た、同様に非球面レンズの製作も簡単にできるのでレ−
ザ光とのカップリングが有効である。従来は、焦点付近
での光量の分布に広がりがあったが、型を使用する事に
より、この広がりも抑えられる。更に溶融して型に押し
つけるだけの工程なので、先球ファイバレンズを正確に
しかも短時間で何個でも仕上げる事ができる。

【０００８】

【実施例１】図１に、本発明を実施するために使用され
る装置の構成図を示す。光ファイバ１０としてシングル
モ−ド光ファイバ（コア径１０μｍ、クラッド径１２５
μｍ）を用た。はじめに、光ファイバ１０をファイバカ
ッタ−で切断し、その切断面にコア終端部１５を形成す
る工程を行う。そして、図１（ａ）に示すように光ファ
イバ溶融装置１の放電加工針３の中心に光ファイバ１０
のコア終端部１５を位置合わせする。その後、光ファイ
バ溶融装置１で光ファイバ１０のコア終端部１５を溶融
する。この時の溶融条件は、放電パワ−として放電電流
が１９．３ｍＡ、放電時間が３．５秒である。放電によ
り光ファイバ１０の端面を溶融させ、放電を止めると同
時に、図１（ｂ）に示すようにセラミック製の型２に押
しつける工程を行う。型２の形状は、凹面で半径を１３
０μｍにした。押しつける方法は、型２を移動させて光
ファイバ１０の溶融状態の端面に押しつける。この時、
コア終端部１５からセラミックの型２の中心部までの距
離Ｌが型２の移動距離を指定する等の方法により、所定
の距離に保持されるようにする必要がある。また、この
場合、光ファイバ１０の端面を型に移動させて押しつけ
ることも可能である。型２を押しつけることでセラミッ
クの型２の形状が図１（ｃ）で示すように光ファイバ１
０の端面に転写される工程になる。その結果、先球の曲
率半径が１３０μｍの凸型の先球ファイバレンズ２０が
得られる。また、図面では、光ファイバ溶融装置１を横
にした状態で作成方法を説明しているが、先球を形成す
る際に先球の偏心を防ぐ目的で光ファイバ溶融装置１を
垂直にした状態で先球を形成した方が重力の影響を受け
ないので良い。

【０００９】

【実施例２】ここでは、他の実施例として実施例１で示
したのと同様の光ファイバ１０をはじめにファイバカッ
タ−で切断し、その切断面にコア終端部１５を形成する
工程を行う。次に、接続する光ファイバ１２をファイバ
カッタ−で切断する。コア終端部１５を含む先端部に光
ファイバ１２を突き合わせ、光ファイバ溶融装置１の放
電パワ−として放電電流を１５．８ｍＡ、放電時間を
３．５秒に設定して放電させ溶融接続する工程を行う。
ここで、接続する光ファイバ１２にコアを有しない光フ
ァイバ１２’を用いた。その後、光ファイバ溶融装置１
に備え付けたファイバカッタ−で溶融接続した位置から
光ファイバ１２’側に約１ｍｍ付近を切断する。この切
断した先端部を図２（ａ）に示すように放電加工針より
も約１００〜２００μｍ突き出して位置合わせを行い、
１ｍｍ長の光ファイバ１２の先端部を光ファイバ溶融装
置１で溶融加熱し、溶融状態で図２（ｂ）に示すように
セラミック製の型２に押しつける工程を行う。セラミッ
クの型２は、半球状の凹型（曲率半径Ｒ＝１２０μｍ）
を使用した。型２を押しつけることでセラミックの型２
の形状が図２（ｃ）で示すように光ファイバ１２’の端
面に転写される。この時、溶融条件は、放電パワ−とし
て放電電流が１９．３ｍＡ、放電時間が３．５秒であ
る。この方法により作成された先球ファイバレンズ２０
は、光軸方向の距離に対して光量が２ｍｍ付近まで発散
の少なくなる様な結果が得られた。

【００１０】

【実施例３】本発明を実施するために使用される装置の
もう一つの構成図を図３に示す。実施例１では、焦点距
離が１３０μｍと短かった。そこで長焦点あるいは、ほ
ぼ平行光線が得られる先球ファイバレンズを作成するた
めには、光ファイバ１０のコア終端部１５から先球ファ
イバレンズ２０の先端までの距離が先球の曲率半径の３
倍になるような条件にする。このような条件の先球ファ
イバレンズ２０の作成方法として、はじめに光ファイバ
１０を図３（ａ）に示すように光ファイバ溶融装置１に
光ファイバ１０の先端を放電加工針の中心より約４ｍｍ
突き出してセットする。次に図３（ｂ）に示すように光
ファイバ溶融装置１で光ファイバ１０の先端部より４ｍ
ｍ付近から溶融してコアを消失させる工程を行う。この
時の溶融条件として、放電電流が１５．１ｍＡ、放電速
度が０．３ｍｍ／秒（光ファイバ１０のコア終端部１５
より光ファイバ１０の先端まで）で溶融する。コアが消
失する過程で図３（ｃ）に示すように若干ファイバ径が
太くなり、光ファイバ１０のコア終端部１５から先端ま
での長さが３ｍｍになった（図３（ｄ））。

【００１１】次に光ファイバ１０の先端を先球化するた
めに、光ファイバ溶融装置１で放電電流１９．３ｍＡ、
放電時間３．５秒で溶融する。この時、図３（ｅ）に示
すように溶融状態でセラミック製の型２を押しつける工
程を行う。その時、型２の形状は、半球状の凹面形で半
径が１００μｍのものである。この結果、型２が光ファ
イバ１０の先端面に転写され、先球の曲率半径が１００
μｍの先球ファイバレンズ２０が得られた（図３
（ｆ））。この光ファイバ１０のコネクタ側より１．３
μｍの波長のＬＥＤ光を導入し、先球ファイバレンズ２
０から出射した光の光軸方向に対する光量の変化を測定
したが、光軸方向の距離が２ｍｍ付近まで光強度がほぼ
一定になることを確認した。

【００１２】

【効果】本発明によれば先球ファイバから出射する光線
を、ほぼ平行光線にしたり、所定の焦点距離を有する先
球ファイバレンズを作成するのに、光ファイバ溶融装置
で溶融して、溶融状態の時に所定の型を押しつけること
により、容易で高精度且つ高効率の先球ファイバレンズ
を作成することができる。型の形状は、自由に作成でき
るため用途に応じた先球ファイバレンズを提供でき、そ
の応用範囲は広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するために使用される装置の構成
図である。 （ａ） 光ファイバのコア終端部と光ファイバ溶融装置
の放電針を位置合わせした工程図である。 （ｂ） 光ファイバのコア終端部を溶融し、型を押しつ
けた工程図である。 （ｃ） 型を押しつけた後、型の形状が光ファイバのコ
ア終端部に転写され、先球化した工程図である。

【図２】本発明を実施するために使用される装置の構成
図である。 （ａ） 光ファイバ端面にコアを有しないファイバを溶
融接続し、接続位置からコアを有しないファイバ側１ｍ
ｍ付近を切断し、その切断面を光ファイバ溶融装置の放
電加工針の中心から約１００〜２００μｍ突き出して位
置合わせした工程図である。 （ｂ） コアを有しないファイバの先端を溶融し、型を
押しつけた工程図である。 （ｃ） 型を押しつけた後、型の形状がファイバ先端部
に転写され、先球化した工程図である。

【図３】本発明を実施するために使用される装置の構成
図である。 （ａ） 光ファイバの先端から４ｍｍ付近に放電加工針
の中心を位置合わせする工程図である。 （ｂ） 光ファイバの先端から４ｍｍ付近を溶融してコ
アを消失させる工程図である。 （ｃ） コアが消失する過程でファイバ径が若干太くな
った工程図である。 （ｄ） 光ファイバ先端から４ｍｍ付近の位置からファ
イバ先端までコアを消失させた工程図である。 （ｅ） 光ファイバの先端を溶融し、型を押しつけた工
程図である。 （ｆ） 型を押し付けた後、型の形状がファイバ先端部
に転写され、先球化した工程図である。

【符号の説明】

１．光ファイバ溶融装置 ２．型 ３．放電加工針 １０．光ファイバ １２．光ファイバ １２’．コアを有しない光ファイバ １５．コア終端部 ２０．先球ファイバレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮川 久行 宮城県柴田郡川崎町大字川内字北川原山 228 株式会社東北中谷内 (72)発明者 遠藤 浩司 宮城県柴田郡川崎町大字川内字北川原山 228 株式会社東北中谷内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバの先端を溶融してボ−ルア
   ップし、これをレンズにさせる先球ファイバレンズの作
   成方法において、光ファイバ（１０）の先端を光ファイ
   バ溶融装置（１）で放電加熱してボ−ルアップさせる工
   程、溶融状態でボールアップさせた光ファイバ（１０）
   の先端部を所定形状の型（２）に押し付けて、所定の焦
   点距離が得られるように形成する工程とを含む先球ファ
   イバレンズ（２０）の作成方法。
2. 【請求項２】 光ファイバ（１０）の先端部にコア終
   端部（１５）を形成する工程とこのコア終端部（１５）
   を含む先端部に光ファイバ（１２）を接続し、この接続
   した光ファイバ（１２）に先球を形成する工程を有する
   請求項１記載の先球ファイバレンズ（２０）の作成方
   法。
3. 【請求項３】 光ファイバ（１０）の先端付近を溶融
   してコアを無くすとともに、コア終端部（１５）を形成
   する工程及び光ファイバ（１０）のコアの無い領域の先
   端部に先球を形成する工程を有する請求項１記載の先球
   ファイバレンズ（２０）の作成方法。