特開 2024-155084 光学素子の姿勢調整装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024155084

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】光学素子の姿勢調整装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/00 20210101AFI20241024BHJP

【ＦＩ】

G02B7/00 B

G02B7/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023069498

(22)【出願日】2023-04-20

(71)【出願人】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】森本 晋司

(72)【発明者】

【氏名】本間 航

【テーマコード（参考）】

2H043

【Ｆターム（参考）】

2H043AB02

2H043AB03

2H043AB04

2H043AB05

2H043AB06

2H043AB07

2H043AB08

2H043AB37

2H043AE10

2H043AE24

(57)【要約】

【課題】光軸調整を簡易な構成で容易に行え、組立て後の光軸ずれが起きにくい光軸調整装置を提供する。
【解決手段】光ファイバーが取り付けられる第１保持部Ａは、第２保持部B,B1,B2 に対して回動可能であり、第２保持部B,B1,B2 は第３保持部材Ｃに対してＺ方向に移動可能かつ回転可能であり、第３保持部材Ｃは第４保持部材Ｄに対してX,Y 方向に移動可能かつ回転可能である。第４保持部材Ｄは計測光学系の固定部分に取り付けられる。光ファイバーの終端部の各位置と光軸の傾きを、構成部品の複数の案内面で個別に調整でき、ねじ構造で確実に固定できる。固定の作業性は良好であり、光ファイバーの着脱を繰り返しても光軸がずれにくく、再度の調整作業も容易である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学素子（１００）の位置及び傾きを調整する光学素子の姿勢調整装置であって、
光学素子を着脱自在に保持する第１保持部（Ａ）と、
前記第１保持部を回動可能に保持するとともに、互いに異なる第１乃至第３の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）について移動可能に保持された第２保持部（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）と、
を具備することを特徴とする光学素子の姿勢調整装置（１）。

【請求項2】

前記第２保持部（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）を第１の方向（Ｚ）について移動可能に保持する第３保持部（Ｃ）と、
前記第３保持部を第２の方向及び第３の方向（Ｘ，Ｙ）について移動可能に保持する第４保持部（Ｄ）と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の姿勢調整装置（１）。

【請求項3】

前記第１保持部（Ａ）の外面（４）は球面の一部から構成され、
前記第２保持部（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）は筒状であって、その内面（２１，２２）は球面の一部から構成され、
前記第１保持部と前記第２保持部は、前記外面と前記内面が摺動可能に接するように組み合わされ、解除自在に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子の姿勢調整装置（１）。

【請求項4】

前記第２保持部（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２）の外面は円周面であり、
前記第３保持部（Ｃ）は内面が円周面である案内穴（８）を備えており、
前記第２保持部と前記第３保持部は、前記外面と前記内面が第１の方向（Ｚ）について移動可能となるように組み合わされ、解除自在に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の姿勢調整装置（１）。

【請求項5】

前記第３保持部（Ｃ）と前記第４保持部（Ｄ）は、第２の方向（Ｘ）と第３の方向（Ｙ）によって規定される平面において所定の範囲で移動可能となるように接しており、解除自在に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の光学素子の姿勢調整装置（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測光学系に光学素子を取り付ける際に、光学素子の姿勢を調整するために用いられる姿勢調整装置に係り、特に光学素子の位置及び傾斜を調整する作業が容易であり、組立後の光軸ずれが発生しにくい姿勢調整装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

複数の光学部品で構成される空間光学系の光測定器は、その性能を最大限に引き出すために、各光学部品の配置を精密に調整して組み立てる必要がある。そのような空間光学系の光測定器としては、例えば、モノクロメーター方式の光スペクトラムアナライザが挙げられるが、その構造の一例を図５の模式図に示す。

【0003】

図５に示した光スペクトラムアナライザは、空間光学系として、光ファイバー１００の終端部が取り付けられる光軸調整機構１０１と、光ファイバー１００の終端部から出射される光を平行光線にするコリメーター１０２と、コリメーター１０２からの光を分光するためにモータ１０３で回転する回折格子１０４と、回折格子１０４からの光を集光する第１集光レンズ１０５と、第１集光レンズ１０５からの光が入射するスリット１０６と、スリット１０６を通過した光を集光する第２集光レンズ１０７と、第２集光レンズ１０７が集光した光が入射する受光素子１０８を備えている。また、光スペクトラムアナライザは、制御系として、制御部１０９とメモリ１１０と測定部１１１と表示部１１２を備えている。制御部１０９は、モータ１０３の回転を制御することによって受光素子１０８に入射される光の波長を適宜に選択するとともに、受光素子１０８からの信号を得て測定部１１１が出力した測定信号を処理することにより、表示部１１２に被測定光のスペクトルを表示することができる。

【0004】

上述したような空間光学系を有する光スペクトラムアナライザにおいては、被測定光が出射される光ファイバー１００の終端面におけるコア部の位置を、コリメーター１０２の焦点位置に正確に配置するとともに、光ファイバー１００の光軸の方向をコリメーター１０２の光軸に平行となるように精密に調整して固定しなければならない。

【0005】

従来の光スペクトラムアナライザでは、その製造時に、光学系の各部品を位置決めする際、光コネクタに接続した光ファイバー１００の位置や出射角度を調整した後、光コネクタを光軸調整機構１０１にＹＡＧ溶接により固定していた。

【0006】

しかしながら、ＹＡＧ溶接は固定力が弱いため、使用者が光軸調整機構１０１の光コネクタに対して光ファイバー１００の着脱を繰り返すような外力の加わる部分で使用した場合、光コネクタの位置がずれ、光ファイバー１００から出射される被測定光の光軸も製造時に調整した状態からずれてしまい、光スペクトラムアナライザの分解能やダイナミックレンジが劣化するという課題があった。

【0007】

また、ＹＡＧ溶接は装置が大掛かりであるため、光軸調整後に光コネクタを固定する際の作業性が良好とはいえないという課題もあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平２－６１５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、以上説明した従来の技術における課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成の機構によって光軸調整を容易に行うことができ、ファイバ取付部の固定を強固にし光軸ズレが起きにくい光軸調整装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に記載された光学素子の姿勢調整装置１は、
光学素子１００の位置及び傾きを調整する光学素子１００の姿勢調整装置１であって、
光学素子１００を着脱自在に保持する第１保持部Ａと、
前記第１保持部Ａを回動可能に保持するとともに、互いに異なる第１乃至第３の方向Ｘ，Ｙ，Ｚについて移動可能に保持された第２保持部Ｂ，Ｂ１，Ｂ２と、
を具備することを特徴としている。

【0011】

請求項２に記載された光学素子の姿勢調整装置１は、請求項１に記載の光学素子１００の姿勢調整装置１において、
前記第２保持部Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を第１の方向Ｚについて移動可能に保持する第３保持部Ｃと、
前記第３保持部Ｃを第２の方向及び第３の方向Ｘ，Ｙについて移動可能に保持する第４保持部Ｄと、
を有することを特徴としている。

【0012】

請求項３に記載された光学素子１００の姿勢調整装置１は、請求項２に記載の光学素子１００の姿勢調整装置１において、
前記第１保持部Ａの外面４は球面の一部から構成され、
前記第２保持部Ｂ，Ｂ１，Ｂ２は筒状であって、その内面２１，２２は球面の一部から構成され、
前記第１保持部Ａと前記第２保持部Ｂ，Ｂ１，Ｂ２は、前記外面４と前記内面２１，２２が摺動可能に接するように組み合わされ、解除自在に固定されていることを特徴としている。

【0013】

請求項４に記載された光学素子１００の姿勢調整装置１は、請求項３に記載の光学素子１００の姿勢調整装置１において、
前記第２保持部Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の外面は円周面であり、
前記第３保持部Ｃは内面が円周面である案内穴８を備えており、
前記第２保持部Ｂ，Ｂ１，Ｂ２と前記第３保持部Ｃは、前記外面と前記内面が第１の方向Ｚについて移動可能となるように組み合わされ、解除自在に固定されていることを特徴としている。

【0014】

請求項５に記載された光学素子１００の姿勢調整装置１は、請求項４に記載の光学素子１００の姿勢調整装置１において、
前記第３保持部Ｃと前記第４保持部Ｄは、第２の方向Ｘと第３の方向Ｙによって規定される平面において所定の範囲で移動可能となるように接しており、解除自在に固定されていることを特徴としている。

【発明の効果】

【0015】

請求項１に記載された光学素子の姿勢調整装置によれば、
光学素子を保持する第１保持部を、第２保持部に対して回動させれば、光学素子の傾きを任意に調整することができ、また、光学素子を保持する第１保持部を、第２保持部に対して第１乃至第３の方向について移動させれば、光学素子の位置を任意に調整することができる。

【0016】

請求項２に記載された光学素子の姿勢調整装置によれば、
光学素子が取り付けられた第１保持部を保持する第２保持部は、第３の保持部に対して第１の方向について位置を調整することができ、第３の保持部は、第２の方向及び第３の方向について、第４保持部に対する位置を調整することができる。

【0017】

請求項３に記載された光学素子の姿勢調整装置によれば、
光学素子を保持している第１保持部の球状の外面は、第２保持部の球状の内面と接触しているので、第１保持部を第２保持部に対して摺動させることにより、光学素子の傾きを球面に沿ったあらゆる方向について調整し、調整後は傾きを固定することができる。調整後に、第１保持部と第２保持部の固定を解除すれば、光学素子の傾きを再度調整することもできる。

【0018】

請求項４に記載された光学素子の姿勢調整装置によれば、
光学素子が取り付けられた第１保持部を保持している第２保持部の円周状の外面は、第３保持部の円周状の内面と接触しているので、第２保持部を第３保持部に対して第１の方向に移動させることにより、第１の方向に関する光学素子の位置を調整することができ、調整後は第１の方向に関する光学素子の位置を固定することができる。調整後に、第２保持部と第３保持部の固定を解除すれば、第１の方向に関する光学素子の位置を再度調整することもできる。

【0019】

請求項５に記載された光学素子の姿勢調整装置によれば、
光学素子が取り付けられた第１保持部を保持している第２保持部は、さらに第３保持部に保持されており、この第３保持部と第４保持部は、第２の方向と第３の方向によって規定される平面内において所定の範囲で移動可能となるように接している。このため、第３保持部と第４保持部を、第２の方向と第３の方向に移動させることにより、第２の方向と第３の方向に関する光学素子の位置を調整することができ、調整後は第２の方向と第３の方向に関する光学素子の位置を固定することができる。調整後に、第３保持部と第４保持部の固定を解除すれば、第２の方向と第３の方向に関する光学素子の位置を再度調整することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態の姿勢調整装置の分解拡散斜視図である。

【図2】実施形態の姿勢調整装置の正面側から見た斜視図である。

【図3】実施形態の姿勢調整装置の６面図であって、分図（ａ）は正面図、分図（ｂ）は平面図、分図（ｃ）は底面図、分図（ｄ）は左側面図、分図（ｅ）は右側面図、分図（ｆ）は背面図である。

【図4】図３（ａ）のａ－ａ切断線における断面図である。

【図5】モノクロメーター方式の光スペクトラムアナライザの一構造例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

実施形態に係る光学素子の姿勢調整装置について図１～図４を参照して説明する。
姿勢調整装置１は、光学素子である光ファイバーの終端部を保持するとともに、その終端面に露出しているコア部を、計測光学系（例えば図５に示したような光スペクトラムアナライザ等）の所定位置に正確に配置させるとともに、その終端面における光軸の傾きを、計測光学系の光軸に合わせて精密に設定し、これを強固に固定し、再調整可能な状態で固定するための器具である。

【0022】

図１～図３に示すように、実施形態に係る光学素子の姿勢調整装置１は、光学素子である光ファイバーの終端部を着脱自在に保持する第１保持部Ａを備えている。図１において、図示しない光ファイバーは、右手前側から左奥側に向けて配設され、その終端部が第１保持部Ａに接続されて光を左奥側に照射する。第１保持部Ａは、図１において右手前側である球体の前部と、左奥側である球体の後部を、互いに平行となる前端面２と後端面３で切欠いた形状の部材であり、前端面２と後端面３に挟まれた外面４が球面の一部となっている。前端面２と後端面３の中心には、図示しない保持孔が垂直に貫通して設けられている。前端面２には光レセプタクル５が固定されている。光レセプタクル５には保持孔に連通する保持管６が設けられており、保持管６の外周面にはおねじが設けられている。図示しないが、光ファイバーの終端部には、めねじを有するコネクタが取り付けられており、光レセプタクル５の保持管６にコネクタをねじ込むことによって、光ファイバーの終端部を第１保持部Ａに着脱自在に取り付けることができる。

【0023】

図２において、光ファイバーが取り付けられる保持管６の中心軸は、保持管６に取り付けられる光ファイバーの光軸と一致する。この中心軸又は光軸の方向を、便宜上、図２中に示すＺ方向（座標系ではＺ軸）と称し、Ｚ軸に直交する平面を規定する２つの方向を、Ｘ方向（座標系では鉛直方向に平行なＸ軸）及びＹ方向（座標系では水平方向に平行なＹ軸）と称する。以下、姿勢調整装置１における光ファイバーの位置及び光軸の傾きの調整機構と、その作用効果等について説明するが、調整時の部材の移動方向については、これらＸ、Ｙ、Ｚの３つの方向（又は座標軸）を参照して行うものとする。

【0024】

図１～図４に示すように、姿勢調整装置１は、直径に比べて高さが小さい筒状（又は環状）の外観を有する第２保持部Ｂを有している。第２保持部は、第２保持部Ｂ１と第２保持部Ｂ２の２つの部材から構成されており、前述の光ファイバーが取り付けられた第１保持部Ａは、第２保持部Ｂ１と第２保持部Ｂ２の間に挟まれて保持されている。なお、第２保持部Ｂ１と第２保持部Ｂ２を総称する場合は、第２保持部Ｂと呼ぶ。図３（ａ）のａ－ａ切断線における断面図である図４からも理解されるように、第２保持部Ｂ１の内面２１と、第２保持部Ｂ２の内面２２は、第１保持部Ａの外面４と一致する球面の一部から構成されている。そして、図１及び図４に示すように、第２保持部Ｂ１と第２保持部Ｂ２によって、前端面２と後端面３の側から、第１保持部Ａを挟み、第２保持部Ｂ２を第２保持部Ｂ１の内部に収納する。そして図１に示すねじ７によって、第２保持部Ｂ１と第２保持部Ｂ２を固定すれば、第１保持部Ａと第２保持部Ｂ１と第２保持部Ｂ２を一体化することができる。第１保持部材Ａの外面４は、第２保持部Ｂ１及び第２保持部Ｂ２の内面２１，２２と同様、略同じ曲率の球面の一部であり、これらは互いに接しているため、ねじ７を緩めれば、第２保持部Ｂ１及び第２保持部Ｂ２の内面２１，２２に沿って第１保持部Ａを球面の何れの方向にも回動させることができ、第１保持部Ａが保持している光ファイバーの姿勢、すなわち光軸の傾き（向き）を任意に調節することができる。調節後にねじ７を締めれば、光ファイバーの光軸の傾きは確実に固定されるが、ねじ７を緩めれば再度調節することが可能である。

【0025】

図１及び図２に示すように、第１保持部Ａと一体化された第２保持部Ｂは、第３保持部Ｃに対してＺ方向に移動可能となるように、第３保持部Ｃに着脱可能に取り付けられている。前述したように、第２保持部Ｂは環状又は筒状であるから、その外面は円周面である。また、第３保持部Ｃは、逆三角形の環状板部材であって、その中心には、内面が円周面である案内穴８が形成されている。図２～図４に示すように、第３保持部Ｃの案内穴８の内径は、第２保持部Ｂ１の外径と略一致しており、第２保持部Ｂ１は、第３保持部Ｃの案内穴８に挿入保持されている。第３保持部Ｃは逆三角形の環状板部材であるが、連続した閉ループ形状ではなく、図２に明示する通り、その頂部の中央には間隙部９が設けられている。第３保持部Ｃにおいて、間隙部９を挟んで対峙する２カ所の固定部１０，１０の同一位置には、一方にねじ穴、他方に通し穴（図１参照）がそれぞれ形成されている。図２に示すように、第２保持部Ｂを案内穴８に挿入し、２カ所の固定部１０，１０の通し穴を介してねじ穴１１にねじ１２を螺入すれば、２カ所の固定部１０，１０は互いに接近し、間隙部９は狭まり、その結果、第２保持部Ｂを案内穴８内に固定することができる。ねじ１２を緩めれば、第２保持部Ｂは、固定が解除され、第３保持部Ｃの案内穴８に沿ってＺ方向について移動可能となり、Ｚ方向の位置を調整することができるし、また第３保持部Ｃの案内穴８に沿って、Ｚ軸を中心とした回転方向にも移動可能となり、Ｚ軸を中心とした回転方向の位置を調整することもできる。

【0026】

図１～図４に示すように、第３保持部Ｃは、Ｘ方向とＹ方向で規定される平面内で移動可能となるように、第４保持部Ｄに着脱可能に取り付けられている。第４保持部Ｄは、略矩形の板部材であり、その上半部には、第３保持部Ｃの案内穴８よりもやや大きい略円形の開放部１３が設けられている。前述した逆三角形の第３保持部Ｃにおいて、３つの頂点に相当する３カ所には、第３保持部Ｃを第４保持部Ｄに取り付けるための取り付け穴１４が設けられている。また、３つの取り付け穴１４に対応する第４保持部Ｄの３つの位置、すなわち第４保持部Ｄの開放部１３の下端に近接した一つの位置と、開放部１３の開口を挟む二つの位置には、ねじ穴１５が設けられている。そして、第３保持部Ｃの取り付け穴１４から、頭部を有するねじ１６を挿通させ、第４保持部Ｄのねじ穴１５にねじ込むことにより、第３保持部Ｃを第４保持部Ｄに取り付けることができる。ここで、第３保持部Ｃの取り付け穴１４は、ねじ１６のねじ部よりも大径であり、ねじ１６の頭部が係合しうる小径の座面を備えている。従って、ねじ１６を緩めれば、第３保持部Ｃは、Ｘ方向とＹ方向で規定される第４保持部Ｄの前面に沿って、Ｘ方向、Ｙ方向及び両方向を合成した斜め方向について移動することができるし、取り付け穴１４のサイズによって許容される範囲内において、第４保持部Ｄの前面に沿って第３保持部Ｃを回転させることもできる。そして、位置調整後にねじ１６を締めることで、調整された位置を固定することができる。ねじ１６を緩めれば、再度の調整を行なうことも可能である。

【0027】

図１～図３に示すように、姿勢調整装置１の第４保持部Ｄには、下半部の四つの隅部に固定穴１７が設けられている。この姿勢調整装置１を、図示しない計測光学系（例えば図５に示したような光スペクトラムアナライザの光軸調整機構１０１等）に取り付ける場合には、例えば、図示しない取り付けねじを第４保持部Ｄの固定穴１７から挿入して、光軸調整機構１０１のフレーム乃至取付治具（被固定部分）のねじ穴にねじ込んで固定すればよい。第４保持部Ｄの固定穴１７は、第３保持部Ｃの取り付け穴１４のように、ねじが螺入されるねじ部と、ねじの頭部が係合する座面とを備えた構造である。このため、光軸調整機構１０１のフレーム乃至取付治具（被固定部分）との接触面において、姿勢調整装置１を、Ｘ方向、Ｙ方向及び両方向を合成した斜め方向に移動することもできるし、さらに固定穴１７のサイズによって許容される範囲内において、姿勢調整装置１を全体として回転させることもでき、姿勢調整後に固定することができる。

【0028】

以上説明したように、本実施形態の姿勢調整装置１では、光ファイバーを脱着する光レセプタクル５を、第１保持部Ａと第２保持部Ｂによって、球面の任意の方向に沿って移動させることができ、また第２保持部Ｂと第３保持部Ｃによって、Ｚ方向及びＸＹ平面内での回転方向について移動させることができ、また第３保持部Ｃと第４保持部Ｄによって、Ｘ方向及びＹ方向並びにＸＹ平面内での回転方向について移動させることができ、さらに第４保持部Ｄと光軸整機構１０１のフレーム（固定部分）によって、Ｘ方向及びＹ方向並びにＸＹ平面内での回転方向について移動させることができる。

【0029】

このように、実施形態の姿勢調整装置１によれば、光ファイバーの終端部の各位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の各位置）と、その光軸の傾き（光ファイバーによる光の出射方向）を、複数の構成部品の組み合わせにより得られた複数の案内面において個別に調整することができ、調整後には、機械的に簡易かつ確実なねじ構造で確実に固定できる。ねじ構造による固定であるため、調整後の位置固定の作業性は良好であり、また、光測定器において光ファイバーの着脱を繰り返しても、光ファイバーの光軸がずれて測定の分解能等が劣化する等の問題は発生しにくい。さらに、必要に応じて固定を解除し、再度の調整を行なう作業も容易に行なえる。

【0030】

以上説明した実施形態の姿勢調整装置１では、位置及び傾きを調整する光学素子として光ファイバーを取り上げたが、これは格別光学素子を光ファイバーに限定する趣旨ではなく、本発明は、光ファイバー以外のあらゆる光学素子の位置及び傾きを調整する装置として好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0031】

１…姿勢調整装置
４…第１保持部Ａの外面
８…第３保持部Ｃの案内穴
２１…第２保持部Ｂ１の内面
２２…第２保持部Ｂ２の内面
１００…光学素子としての光ファイバー
Ａ…第１保持部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２…第２保持部
Ｃ…第３保持部
Ｄ…第４保持部
Ｘ，Ｙ，Ｚ…第１乃至第３の方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】