CN102859409A - 光耦合构造、光耦合构造的组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种维持光纤的端面压靠到透镜的力的光耦合构造。本发明的光耦合构造由透镜体和夹钳构成。透镜体由具有透镜的透镜部和固定部构成。固定部具有在按压光纤时将光纤的光轴定位的光纤引导件。夹钳具备定位部、按压弹簧、保持部。定位部除了决定光纤的光轴方向之外，还决定夹钳的位置。按压弹簧与法线方向同光纤的端面一致的透镜体的面接触，在该夹钳向该面的法线方向的相反方向移动时，产生欲返回的力。保持部形成于该夹钳的压靠光纤的部分，以光纤不向离开透镜的方向移动的方式进行保持。

Description

光耦合构造、光耦合构造的组装方法

技术领域

本发明涉及用于使透镜和光纤光耦合的光耦合构造和光耦合构造的组装方法。

背景技术

作为使透镜和光纤光耦合的技术，具有使用粘接剂的方法。作为这种技术之一，具有例如专利文献1记载的技术。专利文献1记载的技术是对透镜部件（透镜＋导槽）使用压板进行光纤的对位，并利用粘接剂固定。另外，图1是专利文献1的图1，图1A是专利文献1所示的光耦合器的立体图，图1B是专利文献1所示的光耦合器的剖面图。1A为光耦合器，2A为透镜部件，3A为透镜形成部，4A为光纤保持部，5A为准直透镜，6A为光纤导槽，7为压盖，8为粘接剂，20为光纤，20a为芯部。

专利文献1：（日本）特开2007－41222号公报

但是，专利文献1等使用粘接剂的方法大多容易在透镜与光纤的端面之间产生间隙。例如，即使在制造时没有间隙，由于没有将光纤向透镜压靠的力或者不能维持压靠力，故而也有可能会因温度变化产生的收缩而产生间隙。另外，由于使用粘接剂，故而需要使粘接剂固化的处理及用于该处理的时间。因此，组装工序复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组装工序简单且在制造后也维持将光纤的端面向透镜压靠的力的光耦合构造。

本发明的光耦合构造由透镜体和夹钳构成。透镜体包括具有透镜的透镜部和固定部。固定部与透镜部一体形成，具有在压靠光纤时将光纤的光轴定位在透镜的规定位置的光纤导向件。夹钳具备定位部、按压弹簧、保持部。定位部除了决定光纤的光轴方向的位置之外，还决定该夹钳相对于透镜体的位置。按压弹簧与法线方向和光纤的端面一致的透镜体的面接触，在该夹钳向该面的法线方向的相反方向移动时，产生欲返回的力。保持部形成于该夹钳的压靠光纤的部分，以光纤不向离开透镜的方向移动的方式保持光纤。保持部可以是向该夹钳的内侧方向且向光纤接近透镜的方向延伸的爪，设定为前端处于将光纤压靠光纤导向件的位置的固定爪。另外，保持部也可以设定为具有凹凸的粗糙面。另外，“面的法线方向”是指从形成面的固体的内侧朝向外侧的方向。即，上述的“法线方向一致”是指从光纤的端面的内侧朝向外侧的法线矢量和从透镜体的内侧朝向外侧的法线矢量的方向一致。另外，相反方向是指法线矢量彼此的方向相反。

根据本发明的光耦合构造，利用光纤导向件和保持部将光纤在与光轴垂直的方向上定位。另外，保持部保持光纤使其不向离开所述透镜的方向移动。因此，当光纤要向离开透镜的方向移动时，由于会连夹钳一起移动，因此按压弹簧产生欲返回的力。另外，若在制造时以光纤按压透镜的方式进行设定，则该按压的力在制造后也可维持。另外，本发明的光耦合构造也可以不使用粘接剂，因此，组装工序简单。另外，在附加使用粘接剂的情况下，本发明的光耦合构造将光纤和透镜固定，无需等待粘接剂的固化，因此，组装工序简单。

附图说明

图1A是专利文献1所示的光耦合器的立体图，图1B是专利文献1所示的光耦合器的剖面图；

图2是实施例1的光耦合构造的立体图；

图3A是实施例1的光耦合构造的俯视图，图3B是实施例1的光耦合构造的正面图，图3C是实施例1的光耦合构造的左侧面图；

图4是图3A的由A－A线剖切时的剖面图；

图5是图3C的由B－B线剖切时的剖面图；

图6是图3A的由C－C线剖切时的剖面图，是表示光耦合的状态的图；

图7是图3A的由C－C线剖切时的剖面图，是表示另一光耦合的状态的图；

图8A是表示将透镜体100嵌入夹钳200的过程的图，图8B是表示将光纤501、502插入光耦合构造10的过程的图；

图9A是开始插入光纤502时的图，图9B是在光纤502与透镜112接触后，进一步按压光纤502时的图，图9C是表示拆下了夹钳固定夹具650后的状态的图；

图10是表示本发明的光耦合构造的组装方法的另一例的图；

图11是实施例1的变形例的光耦合构造的立体图；

图12A是实施例1的变形例的光耦合构造的俯视图，图12B是实施例1的变形例的光耦合构造的正面图，图12C是实施例1的变形例的光耦合构造的左侧面图；

图13是实施例2的光耦合构造的立体图；

图14A是实施例2的光耦合构造的俯视图，图14B是实施例2的光耦合构造的正面图，图14C是实施例2的光耦合构造的左侧面图；

图15是图14A的由D－D线剖切时的剖面图；

图16是图14C的由E－E线剖切时的剖面图；

图17是实施例2变形例的光耦合构造的立体图；

图18是图17的由F－F线剖切时的剖面图；

图19是实施例2的变形例的夹钳的立体图。

符号说明

10、30、70、90：光耦合构造

100、300、700：透镜体

110、310、710：透镜部

111、112、311、711、712：透镜

120、320、720：固定部

121、122、321、721、722：光纤导向件

123、124、125、126、723、724、725、726：导向面

200、400、800、900：夹钳

210、410、810：定位部

211、212、213：接触部

220、420、820：按压弹簧

230、430、830：固定爪

280：带材

501、502、503、505、506：光纤

650：夹钳固定夹具

840：粗糙面

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细地说明。另外，对于具有相同功能的构成部分标注相同的标记并省略重复说明。

实施例1

图2是实施例1的光耦合构造的立体图，图3是实施例1的光耦合构造的三面图。图3A为俯视图，图3B为正面图，图3C是左侧面图。图4是图3A的由A－A线剖切时的剖面图，图5是图3C的由B－B线剖切时的剖面图。图6是图3A的由C－C线剖切时的剖面图，是表示光耦合的状态的图。图7也是图3A的由C－C线剖切时的剖面图，是表示另一光耦合的状态的图。

实施例1的光耦合构造使两根光纤与透镜物理接触。光耦合构造10由透镜体100和夹钳200构成。透镜体100包括具有透镜111、112的透镜部110和固定部120。这些图所示的透镜111、112为凸透镜。例如，也可以将透镜的与光纤接触的面形成为平面，将光纤的端面形成为凸状。另外，由与透镜相同的光学材料形成整个透镜体100或形成至少整个透镜部110的情况下，透镜的范围不明确。因此，本说明书内的透镜是指在透镜部110中有可能透过的范围。即，在透镜为平凸透镜的情况下，不是仅将凸部分称为透镜，而是将平坦部分至凸部分之间的整体称为透镜。图6及图7的虚线包围的部分相当于透镜。在图6的例子中，透镜具有准直功能。另外，在图7的例子中，透镜具有聚光功能。透镜的焦点距离等光学特性可根据欲进行何种光耦合而适当设计。

固定部120与透镜部110一体形成，具有在压靠光纤501、502时将光纤501、502的光轴定位在透镜111、112的规定位置的光纤导向件121、122。具体而言，各光纤导向件121（122）由形成配置光纤501（502）的槽的两个导向面123、124（125、126）构成。而且，通过光纤501（502）被两个导向面123、124（125、126）双方压靠，来定位光纤501（502）的光轴。

夹钳200具备定位部210、按压弹簧220、固定爪230。定位部210除了决定光纤501、502的光轴的方向之外，还决定夹钳200相对于透镜体100的位置。例如，定位部210具有弹性，只要与除了光纤导向件121、122之外的法线方向互不相同的三个以上的固定部120的面接触即可。在图4的例子中，三个接触部211、212、213与固定部120的法线方向互不相同的三个面接触。法线方向由于是与面的法线平行的方向，因此，一般可以有两个方向，但在本说明书中，“面的法线方向”是指从形成面的固体的内侧朝向外侧的方向。

改变表现对图2～5所示的光耦合构造的例子进行说明时，固定部120的由与光纤的光轴垂直的面剖切的截面（图4所示的截面）为在矩形上附加有V型槽的形状。该V型槽为光纤导向件121、122。而且，定位部210具有弹性，与除V型槽之外的固定部120的法线方向互不相同的三个以上的面接触。

按压弹簧220与法线方向和光纤501、502的端面一致的透镜体100的面接触，在夹钳200向该面的法线方向的相反方向移动时，产生欲返回的力。即，按压弹簧220以光纤501、502不向离开透镜111、112的方向移动的方式约束夹钳200。固定爪230为向夹钳200的内侧方向且光纤501、502靠近透镜111、112的方向延伸的爪，前端处于将光纤501、502压靠于光纤导向件121、122的位置。即，固定爪230将光纤501、502压靠于光纤导向件121、122，并且，以光纤501、502不向离开透镜111、112的方向移动的方式进行约束。

这样，通过按压弹簧220和固定爪230维持将光纤501、502压靠于透镜111、112的状态。另外，可根据在制造时对按压弹簧220赋予了何种程度的欲返回的力来调节将光纤501、502压靠于透镜111、112的力。进而，按压弹簧220的弹簧常数和可位移的范围也可以基于使用光耦合构造10的环境对温度变化及施加的振动进行探讨，通常，以可维持目标值以上的压靠力的方式设计即可。

根据本发明的光耦合构造，通过光纤导向件和固定爪将光纤定位在与光轴垂直的方向上。另外，固定爪向光纤靠近透镜的方向延伸。因此，当光纤欲向离开透镜的方向移动时，由于会连夹钳一起移动，因此，按压弹簧产生欲返回的力。另外，若在制造时以光纤按压透镜的方式设定，则其按压的力在制造后也能够被维持。另外，本发明的光耦合构造由于无需使用粘接剂，因此，组装工序简单。另外，例如，也可以在组装工序的最后，附加性地使用粘接剂。在该情况下，由于光纤和透镜利用本发明的光耦合构造被固定，所以也不需要如在粘接剂凝固之前先将光纤和透镜固定的处理。

〔组装方法1〕

图8和图9中表示实施例1的光耦合构造的组装方法的例子。图8A表示将透镜体100嵌入夹钳200的过程。夹钳200在具有弹性的情况下，一边将固定爪230附近扩展一边嵌入透镜体100即可。图8B表示将光纤501、502插入光耦合构造10的过程。在该过程中，例如用夹钳固定夹具650将夹钳200固定，插入光纤501、502即可。图9是详细地表示插入光纤的过程的图，表示图3A的由C－C线剖切的截面。图9A是开始插入光纤502时的图。图9B是在光纤502与透镜112接触后，进一步插入光纤502时的图。夹钳固定夹具650将夹钳200固定，但透镜体100未固定。因此，透镜体100被光纤502压靠并向图的右方移动，在按压弹簧220中产生欲按压返回的力。图9C表示拆下了夹钳固定夹具650后的状态。按压弹簧220欲将透镜体100和光纤502压回，但固定爪230防止了光纤502向左侧的移动。因此，成为光纤502的端面508被压靠于透镜112的状态。

〔组装方法2〕

图10表示实施例1的光耦合构造的组装方法的另一例。在该组装方法中，夹钳200的与按压弹簧220相反侧的一部分与带材280连接。夹钳200可以使用粘接剂等与带材280连接，也可以通过冲压加工将夹钳200和带材280一体制造。而且，使用带材280一边使夹钳200移动一边组装光耦合构造。首先，在某位置将透镜体100嵌入夹钳200（S110：安装过程）。在下一位置，插入光纤501、502（S120：插入过程）。另外，光纤501、502与图9B同样，在与透镜111、112接触后以规定的力压入，或者压入至规定的位置。以规定的力压入还是压入至规定的位置根据制造上的条件适当决定即可。在组装方法1中，夹钳固定夹具650将夹钳200固定，但在组装方法2中，带材280起到固定夹钳200的作用。即使解除按压光纤501、502的力，通过按压弹簧220和固定爪230也能够维持光纤501、502的端面压靠透镜111、112的力。而且，在下一位置，切断连接夹钳200和带材280的部分，将夹钳200从带材280拆下（S130：切断过程）。根据这样的组装方法，即使是小型的光耦合构造也容易组装，由于是通过流水线作业来组装，因此，效率高。

〔变形例〕

图11是实施例1的变形例的光耦合构造的立体图，图12是实施例1的变形例的光耦合构造的三面图。图12A是俯视图，图12B是正面图，图12C是左侧面图。本变形例的光耦合构造使一根光纤与透镜物理接触。光耦合构造30由透镜体300和夹钳400构成。透镜体300包括具有透镜311的透镜部310和固定部320。另外，对于透镜的构造及范围的思路，与实施例1相同。

固定部320与透镜部310一体形成，具有在压靠光纤503时将光纤503的光轴定位在透镜311的规定位置的光纤导向件321。具体而言，与实施例1相同，光纤导向件321由形成配置光纤503的槽的两个导向面（未图示）构成，通过光纤503被两个导向面双方压靠来定位光纤503的光轴。

夹钳400具备定位部410、按压弹簧420、固定爪430。定位部410除了定位光纤503的光轴的方向之外，还决定夹钳400相对于透镜体300的位置。例如，与实施例1相同，定位部410具有弹性，与除光纤导向件321之外的法线方向互不相同的三个以上的固定部320的面接触。

按压弹簧420与法线方向和光纤503的端面一致的透镜体300的面接触，在夹钳400向该面的法线方法的相反方向移动时，产生欲返回的力。即，按压弹簧420以光纤503不向离开透镜311的方向移动的方式约束夹钳400。固定爪430为向夹钳400的内侧方向且光纤503接近透镜311的方向延伸的爪，前端处于将光纤503压靠于光纤导向件321的位置。即，固定爪430将光纤503向光纤导向件321压靠，并且，以光纤503不向离开透镜311的方向移动的方式约束光纤503。

由于本变形例的光耦合构造为这种构造，因此，能够获得与实施例1相同的效果。另外，可使用在实施例1所示的组装方法1、组装方法2中的任一种方法。

实施例2

图13是实施例2的光耦合构造的立体图，图14是实施例2的光耦合构造的三面图。图14A是俯视图，图14B是正面图，图14C是左侧面图。图15是图14A的由D－D线剖切时的剖面图，图16是图14C的由E－E线剖切时的剖面图。

实施例2的光耦合构造使两根光纤与透镜物理接触。光耦合构造70由透镜体700和夹钳800构成。透镜体700包括具有透镜711、712的透镜部710和固定部720。透镜711、712的构造、功能等与实施例1的透镜111、112相同，光学特性可根据进行何种光耦合而适当设计。

固定部720与透镜部710一体形成，具有在压靠光纤505、506时将光纤505、506的光轴定位在透镜711、712的规定位置的光纤导向件721、722。具体而言，各光纤导向件721（722）由形成配置光纤505（506）的槽的两个导向面723、724（725、726）构成。而且，光纤505（506）被两个导向面723、724（725、726）双方压靠，由此来定位光纤505（506）的光轴。

夹钳800具备定位部810、按压弹簧820、固定爪830。定位部810除了决定光纤505、506的光轴的方向之外，还决定夹钳800相对于透镜体700的位置。

改变表现对图13～16所示的光耦合构造的例子进行说明。固定部720为由与光纤的光轴垂直的面剖切的截面（图15所示的截面）为在矩形上且该矩形的两个相对的边上分别附加有V型槽的形状。该V型槽为光纤导向件721、722。而且，固定爪830通过以夹持固定部720的方式压靠两根光纤505、506，将光纤505、506压靠于光纤导向件721、722。定位部810具有弹性，至少与固定部720的没有V型槽的面一方接触。另外，也可以与固定部720的没有V型槽的面的双方接触。

按压弹簧820与法线方向和光纤505、506的端面一致的透镜体700的面接触，在夹钳800向该面的法线方向的相反方向移动时，产生欲返回的力。即，按压弹簧820按照光纤505、506不向离开透镜711、712的方向移动的方式约束夹钳800。固定爪830为向夹钳800的内侧方向且光纤505、506靠近透镜711、712的方向延伸的爪，前端处于将光纤505、506压靠于光纤导向件721、722的位置。即，固定爪830将光纤505、506压靠于光纤导向件721、722，并且，以光纤505、506不向离开透镜711、712的方向移动的方式约束光纤505、506。

这样，通过按压弹簧820和固定爪830来维持将光纤505、506压靠于透镜711、712的状态。另外，可根据在制造时对按压弹簧820赋予了何种程度的欲返回的力来调节将光纤505、506压靠于透镜711、712的力。进而，基于使用光耦合构造70的环境探讨温度变化及施加的振动，按压弹簧820的弹簧常数和可位移的范围只要以总是能够维持目标值以上的力的方式设计即可。另外，可使用实施例1所示的组装方法1、组装方法2中的任一种方法。

根据本实施例的光耦合构造，通过光纤导向件和固定爪将光纤定位在与光轴垂直的方向。另外，固定爪向光纤接近透镜的方向延伸，因此，当光纤欲向离开透镜的方向移动时，会连夹钳一起移动。而且，当夹钳欲移动时，按压弹簧产生欲返回的力。因此，若在制造时以光纤按压透镜的方式进行设定，则该按压的力在制造后也能够被维持。另外，本发明的光耦合构造无需使用粘接剂，因此，组装工序简单。另外，由于也可以使用带材，因此，能够简单且高效地组装。另外，例如也可以在组装工序的最后附加性地使用粘接剂。在该情况下，由于通过本发明的光耦合构造将光纤和透镜固定，因此不需要在粘接剂凝固之前先将光纤和透镜固定那样的处理。

〔变形例〕

图17是实施例2的变形例的光耦合构造的立体图，图18是图17的由F－F线剖切时的剖面图，图19是实施例2的变形例的夹钳的立体图。本变形例的光耦合构造90与实施例2的不同点在于，将夹钳的固定爪830变更为粗糙面840。即，透镜体700与实施例2相同。而且，夹钳900具备定位部810、按压弹簧820、粗糙面840。粗糙面840形成于夹钳900的压靠光纤505、506的部分（换言之，为与光纤导向件721、722相对的部分），是具有以光纤505、506不向离开透镜711、712的方向移动的方式进行保持的凹凸的面。粗糙面840通过喷砂或化学蚀刻形成于夹钳900即可。由于粗糙面840具有凹凸，因此，光纤505、506之间的摩擦系数增大。而且，只要以利用夹钳900压靠光纤505、506的力产生充分的摩擦力的方式进行，就能够维持将光纤505、506压靠透镜711、712的状态。

另外，在光耦合构造90的组装中，在插入光纤505、506时，扩展夹钳900以使粗糙面840不与光纤505、506接触，在插入后必须形成接触的状态。例如，为在实施例1中使用图10进行了说明的组装方法的情况下，插入过程（S120）如下。在以粗糙面840不与光纤505、506接触的方式扩展夹钳900的状态下，向光纤导向件721、722插入光纤505、506，利用光纤505、506以预先设定的力按压透镜711、712，或按压至预先设定的位置。而且，以粗糙面840与光纤505、506接触的方式，解除夹钳900扩展的状态（S120′）。

本变形例也可适用于实施例1。在本变形例的情况下，组装方法与实施例2相比多少变得复杂一些，但能够获得相同的效果，夹钳的构造变得简单。

上位概念的提取

就实施例2和实施例2变形例而言，夹钳的固定爪和粗糙面不同，但都形成于夹钳的压靠光纤的部分的方面、和以光纤不向远离透镜的方向移动的方式进行保持的方面是共同的。因此，夹钳具备定位部、按压弹簧、保持部即可。定位部除决定光纤的光轴的方向之外，还决定该夹钳相对于透镜体的位置。按压弹簧与法线方向和光纤的端面一致的透镜体的面接触，在该夹钳向该面的法线方向的相反方向移动时，产生欲返回的力。保持部形成在该夹钳的压靠光纤的部分，只要以光纤不向远离透镜的方向移动的方式保持即可。只要是这种夹钳，就能够获得本发明的效果。

产业上的可利用性

本发明可在使光纤和光学元件光耦合时利用。

Claims (9)

1.一种光耦合构造，以使透镜和光纤的端面接触的状态进行固定，其中，光耦合构造由透镜体和夹钳构成，

所述透镜体具备：

透镜部，其具有所述透镜；

固定部，其与所述透镜部一体形成，具有在压靠所述光纤时将所述光纤的光轴定位在所述透镜的规定位置的光纤导向件，

所述夹钳具备：

定位部，其除了决定所述光纤的光轴方向的位置之外，还决定该夹钳相对于所述透镜体的位置；

按压弹簧，其与法线方向和所述光纤的端面一致的所述透镜体的面接触，在所述夹钳向该面的法线方向的相反方向移动时，产生欲返回的力；

保持部，其以使形成于所述夹钳的压靠所述光纤的部分的所述光纤不向离开所述透镜的方向移动的方式保持所述光纤。

2.如权利要求1所述的光耦合构造，其特征在于，

所述保持部是向所述夹钳的内侧方向且所述光纤接近所述透镜的方向延伸的爪，是前端处于将所述光纤向所述光纤导向件压靠的位置的固定爪。

3.如权利要求1所述的光耦合构造，其特征在于，

所述保持部为具有凹凸的粗糙面。

4.如权利要求1～3中任一项所述的光耦合构造，其特征在于，

一个所述光纤导向件由形成配置所述光纤的槽的两个导向面构成，通过将所述光纤向两个所述导向面双方压靠来定位所述光纤的光轴。

5.如权利要求1～3中任一项所述的光耦合构造，其特征在于，

所述固定部的由与所述光纤的光轴垂直的面剖切的截面为矩形上附加有Ｖ型槽的形状，

所述V型槽为所述光纤导向件，

所述定位部具有弹性，与除所述V型槽之外的所述固定部的法线方向互不相同的三个以上的面接触。

6.如权利要求1～5中任一项所述的光耦合构造，其特征在于，

所述透镜体具有两个透镜和两个光纤导向件。

7.如权利要求1～3中任一项所述的光耦合构造，其特征在于，

所述透镜体具有两个透镜和两个光纤导向件，

所述固定部的由与所述光纤的光轴垂直的面剖切的截面为矩形且在该矩形的两个相对的边上分别附加有V型槽的形状，

所述V型槽为所述光纤导向件，

所述保持部以夹持所述固定部的方式压靠两根光纤，

所述定位部具有弹性，与所述固定部的没有所述V型槽的面的至少任何一方接触。

8.一种光耦合构造的组装方法，所述光耦合构造为权利要求2所述的光耦合构造，该光耦合构造的组装方法具有：

安装过程，将所述透镜体嵌入将所述按压弹簧相反侧的一部分连接在带材上的所述夹钳中；

插入过程，将光纤插入所述光纤导向件，利用该光纤以预先设定的力按压所述透镜，或者将所述透镜按压至预先设定的位置；

切断过程，从所述带材取下所述夹钳。

9.一种光耦合构造的组装方法，所述光耦合构造为权利要求3所述的光耦合构造，该光耦合构造的组装方法具有：

安装过程，将所述透镜体嵌入将所述按压弹簧相反侧的一部分连接在带材上的所述夹钳中；

插入过程，在以所述粗糙面不与所述光纤接触的方式将所述夹钳扩展的状态下，将光纤插入所述光纤导向件，利用该光纤以预先设定的力按压所述透镜，或者将所述透镜按压至预先设定的位置，以所述粗糙面与所述光纤接触的方式解除所述夹钳扩展的状态；

切断过程，从所述带材取下所述夹钳。

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