JPS6321612A - 光フアイバ−用コリメ−タ−素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ファイバーからの発散性の出射光を平行ビ
ームとして取り出す光ファイバー用コリメーター素子に
関し、詳しくは、・あらかじめ光ファイバーの開口角及
び屈折率に合せて、両側または片側端面（レンズが成形
された光学的に透明なロッドを用いるものに関する。

〔従来の技術〕

従来、光ファイバー用コリメーターとしては通常の光学
レンズを光ファイバー出射端の前面に共軸配置し、光フ
ァイバーの開口数とレンズの焦点距離が整合する様に両
者を固定する事で光ファイバーからの発散性の光を平行
ビームにする事が一般に行われている。第５図はそのよ
うなコリメーターを図示したもので、１０は光ファイバ
ー、１１はコリメーターとしての光レンズ、１２は平行
光束である。

しかしながら上記の方法では、高価な光学レンズ１１を
焦点距離に整合する様に精密に光学配置する必要がある
ため、その取扱いが複雑であり、また機械的強度にも問
題があった。

これに対し、第６図に示すように、例えば光ファイバー
１０の先端を放電融解等で球レンズ１３状にして、元フ
ァイバー先端そのものにレンズ機能を持たせ（特開昭５
０−９１３３６号、特開昭５９−７３０３号等参照）、
コリメーター化する試みがあるが、放電条件の制御等が
難しく、またこれらの先端面直接処理方式では各党ファ
イバーの端面毎に、加工処理を施さなければならないた
め本質的に着”不可能であり、取扱いに問題がありた。

これらの方法に対し、装着型のコリメーター素子として
は、第７図に示すよ５Ｋ、半径方向に放物線状の屈折率
分布を持ついわゆるセルフオフマイクロレンズ１４等が
既に実用化されているが、製造工程に化学的拡散現象を
用いているため、相手方光ファイバーの開口角や使用波
長に個別に対応するには厳密な拡散制御を必要とし、ひ
いては製造コストの増加につながる問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであ
り、簡単に装着が可能であり、製造が容易でかつ安価な
光ファイバー用コリメーター素子を提供することを目的
としている。

〔発明の要旨〕 以上のような目的は、光学的に透明な素材からなり、少
なくとも一部が光ファイバーの連結用フェルール直径と
ほぼ等しい直径を有するロッドであって、当該ロッドの
入出射両端面あるいは片端面上にフレネルレンズ又はグ
レーティングレンズ又は曲面レンズが形成されており、
かつそのコツトの長さが前記の形成されたレンズのロッ
ド内における焦点距離と等価であることを特徴とする光
ファイバー用コリメーター素子により達成される。

〔作用〕

上記の様なコリメーター素子によれば、光ファイバーか
ら出射した発散光束は、上記ロッドの両端面あるいは片
端面上に形成されたフレネルレンズ又はグレーティング
レンズ又は曲面レンズにより、ロッドから出射するとき
には平行光束となっている。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光ファイバー用コリメーター素子（
以下、コリメーター素子と称す）について図面に基づき
詳細に説明する。

第１図は本発明のコリメーター素子をインラインコネク
タによりて光ファイバーに装着したところを示す概略断
面図である。

同図において、１は本発明のコリメーター素子、１−２
はコリメーター素子のレンズ部分、２は光ファイバー、
３は連結用光ファイバーフェルール、４はインラインコ
ネクタ、５は本発明によって平行ビーム化された光束の
軌跡である。

本発明は、少なくとも光ファイバー２の出射口より大口
径の端面な有する光学的に透明なロッドの片端面あるい
は両端面にコリメート用のレンズ加工をすることにより
（第１図の場合は出射側の片端面のみにレンズ加工した
場合を示しているが、ロッドの屈折率及び相手方ファイ
バーの屈折率およびＮ、Ａ、（広がり角）との関係で、
片側のみのレンズ部だけではコリメート化が困難な場合
には、両端面をレンズ部とすればよい）実質的に光ファ
イバー２からの発散光束を平行光束に変える機能を有し
ている。さらに本コリメーター素子１は光ファイバー２
にインラインコネクタ等の連結用コネクタで光軸がずれ
ることなく装着できるように、ロッドの少なくとも一部
が、光ファイバーの連結用フェルール直径とほぼ等しい
直径を有している。

上記のようにすることで、容易にコリメート機能を持つ
素子を正確に光ファイバーに装着することができる。

本発明のコリメーター素子の原理を第２図に基づきさら
に詳しく説明する。

第２図は第１図で示したコリメーター素子１付近の拡大
図であり、第１図と同一部材には同二の番号が付しであ
る。

第２図において、光ファイバー２のコア部の屈折率を口
１、当該ロッドの屈折率をｎｌ、光ファイバーから出射
角θ１　で出射された光のロッド内においての広がり角
をθ、とすると、スネル（５ｎｓｌｌ　）　　の法則に
より、ｓｉｎθ１　＝　　−ｓｉｎθｓ　　　　　””
’　　■ｎ！ となる。

ここで簡単のために、光ファイバーの径に比べてロッド
の径が充分太きいとすると、ロッドの長さＬは出射角θ
、の発散光がロッドの直径程度に広がるのに必要な長さ
だけ取れば良い事になる。そこで、そのロッドの出射側
の先端面に、出射角θ、の光を平行ビームにする様なパ
ワーヲ持つフレネルレンズ面、グレーティングレンズ面
、又は曲面レンズを形成すれば良いことになる。

具体的な実施例として、三菱レイヨン社製プラスチック
光ファイバー（ＥＳＫＡの５Ｋ５（径１２５μ；　ＰＭ
ＭＡ製コア）〕のコリメーターとして、三菱レイヨン社
製のＰＨＭＡロンドロッ３ｍｘ　）を用いて本発明のコ
リメーター素子を作成−する。ここで、ＰＭＭＡとはポ
リメチルメタクリレートの略称である。この場合、画材
質ともＰ　ＭＭＡであるため、ｍＫ５よりの出射光は約
４０’の広がり角で該ロッド中を伝わる事になる。従っ
て、該ロッドの長さしを１．５／　ｔＩＬｎ　２０°＝
４．１２關程度にし、その出射側端面に、例えば第２図
の様ナフレネルレンズパターンを形成すればよいことと
なる。

第３図（ａｔ　＊　（ｂｌはそれぞれ上記のフレネルレ
ンズパターン設計の考え方を示す概略図である。

第３図（ａｌにおいて、前記ロッド内を通ってきた光は
、ロッドと外界との界面、すなわちフレネルレンズ片に
おいて屈折し、方向を変える。

この時、ロッド材質の屈折率をｎ８、入射角を１、′、
外界の屈折率をｎｏ、屈折角を１．とすると、スネル（
Ｓｎｅｌｌ）　　の法則により、ｎ、　ｓｉｎ　ｔ、　
＝　ｎ１ｓｉｎ　ｌＢ’　　　　　”φ　　■また、屈
折後のビームの方向が該光ファイバーの中心線と平行に
なるとし、端面の傾斜角をαとし、中心線とロッド内進
行ビームのなす角をθとすれば、 ０＝α−ａｌｔ＋　　（ｎｏ／ｎ、　ｓｉｎα）　　・
・・・・　■１、＝α　　　　　　　　　　・・・・・
　■■、■、■より、 θ＝α−−ｓＩｎα　　　　　　　　　　・・・・・■
となる。また、端面上の屈折点Ｐと中心線との距離なｘ
Ｒ（０≦Ｘ≦１）とすれば、第３図（ｂ）より θ＝　ｔａｎ−’　（ｊａｎ　２０°−ｘ）＝ｔａｎ’
（０，３６４ｘ）　”・■■、■より、フレネルレンズ
面傾斜角αと、その位置の中心線からの距離とロッド半
径Ｒとの比Ｘとの関係は、 ｔａｎ−’（ｘ／１１１２０°）＝α−５ｉｎ−’（ｎ
□／ｎ、ｓｉｎα）・・・・・■となる。また、形成す
るフレネルレンズ溝の最適な幅に関しては、光学的経験
式 ％式％ を参考にする。ここで、ＧＷは溝幅、λは光の波長、Ｆ
は焦点距離である。

以上より、例として三菱レイヨン社製ＰＭＭＡロッドを
例にとり、ＰＭＭＡの屈折率をｎｔ＝　１．４９３、外
界の屈折率をｎ、　＝：　１．０　　として形成フレネ
ルレンズパターンの断面図を示すと第４図のｍＫなる。

また、この光ファイバー（ｍＫ５）と該Ｐ　ＭＭＡロッ
ドとの接続方法に関しては、例えば外形３１１ＩＥの標
準タイプのフェルールを装着しておけばＰＭＭＡロッド
との光軸合せはインラインコネクタ内で自動的に行われ
る事になり、面倒な光軸合せ、その他の必要が無くなり
好都合である。

なお、本発明のコリメーター素子を装着した光ファイバ
ーに、Ｈｓ−Ｎｓレーザー（波長６３０ｎｍ　　）光源
の光を導光して測定した結果、拡がり角略々良好な平行
ビームを得る事ができた。

なお、本発明のコリメーター素子のロッドの形状は必ず
しも円柱状には限られず、光ファイバーからの発散光を
すべて導光し、連結用フェルールにより固定されればど
のような形状（例えば円錐状）であっても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来の方法に比
べて、光学配置が簡単であり、着脱可能でなおかつ製造
コストの安い光ファイバー用コリメーター素子を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のコリメーター素子を光ファイバーによ
って装着したところを示す概略断面図、第２図はそのコ
リメーター素子付近の拡大図である。 第３図（ａｌ　ｔ　（ｂｌはそれぞれ、本コリメーター
素子のレンズ部の一例として、フレネルレンズを採用し
たときのフレネルレンズパターン設計〕考え方を示す概
略図である。 第４図はフレネルレンズパターンを示す概略図である。 第５図、第６図、第７図はそれぞれ、従来の光ファイバ
ー用コリメーターの方法を示す概略図である。 １・・・コリメーター素子、１−２・・・レンズ部分、
２・・・光ファイバー、３・・・連結用光ファイバーフ
ェルール、４・・・インラインコネクタ、５・・・平行
第　ｆ　図 率　２　図 第３図 （ａｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第
　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学的に透明な素材からなり、少なくとも一部が
   光ファイバーの連結用フエルール直径とほぼ等しい直径
   を有するロッドであって、当該ロッドの入出射両端面あ
   るいは片端面上にフレネルレンズ又はグレーテイングレ
   ンズ又は曲面レンズが形成されており、かつそのロッド
   の長さが前記の形成されたレンズのロッド内における焦
   点距離と等価であることを特徴とする光ファイバー用コ
   リメーター素子。