CN1673788A - 用于接合光纤和光学透镜的方法、设备和光学模块 - Google Patents

Abstract

用于接合光纤和光学透镜的方法、设备和光学模块。在接合光纤(F)和光学透镜(L)的接合方法中，通过加热仅软化该光学透镜，并且将该光纤的作为接合部分的端面推入已软化的光学透镜的接合部分中，从而将它们接合，其中该光纤(F)的软化点高于该光学透镜(L)的软化点。

Description

用于接合光纤和光学透镜的方法、设备和光学模块

技术领域

本发明涉及用于接合光纤和光学透镜的方法、设备以及光学模块。

背景技术

光纤准直器是用于光通信的基本模块之一。光纤准直器是下述的模块，在该模块中光纤和透镜集成为一体，并且用于响应于透镜特性而进行光束的发射和入射。

到目前为止，在制造这种光纤准直器时，通过使用粘合剂将光纤的端部和透镜接合在一起。更具体地，在接合前预先使光纤穿过被称为毛细管或者套圈的管状导向装置(tubular guide)，然后在管状导向装置和光纤的端部对准的情况下固定光纤，然后对光纤的顶端进行抛光以使其与导向装置的端面一致，并且随后在使透镜的光轴与光纤的光轴相匹配的同时，将光纤和导向装置一起与透镜接合。

此外，提出了下述的结构，该结构使光纤和透镜被设置为在光纤的端面和透镜的端面之间提供空间，并且随后进行接合而不使用粘合剂(参见美国专利No.5,889,904)。在这种情况下，在透镜的端面上涂覆防反射涂层以使光学特性令人满意，并且随后在调整了光纤和透镜的位置关系之后固定光纤和透镜。

然而，在通过使用粘合剂来接合光纤和透镜的结构中，该粘合剂吸收了通过的光的一部分。因此，当入射高强度的光时，在某些情况下会导致温度升高，并由此使粘合剂的质量发生变化，并且光学特性也会劣化。

通常，光学粘合剂所吸收的光为光通信中所使用的波长范围的大约1至5％。当温度超过大约400摄氏度时，会导致耐高温的粘合剂质量的变化。然而，具有这种可容许温度范围的粘合剂不能承受高达几[W]级的光强。

此外，根据使用上述粘合剂的接合方法，由于将光纤保持在诸如毛细管的导向装置上，然后需要进行抛光操作以使两个端面重合，所以存在下述问题，即，工作变得困难，并且还增加了生产成本。

此外，在将双芯光纤(两条单芯光纤和双芯带型光纤(tape fiber))接合到准直器透镜上时，将各条光纤插入其中具有两个孔或者一个孔的带孔导向装置(毛细管等)中，然后在保持两条光纤靠近的状态下，通过粘合剂等来固定这两条光纤，并且随后对光纤以及导向装置的端面进行抛光以对准这些端面。这是因为，除非以良好的精度来对准两条光纤的端面，否则不能以较小的损失来接合这两条光纤，并且因为如果两条光纤相互分离，则不能实现结构尺寸的减小。

此外，如美国专利No.5,889,904中所示，在接合光纤和透镜的方法在光纤和透镜之间提供间隙空间(clearance space)的情况下，存在下述缺点，即，因为外来物质进入两个端面之间，所以光学特性可能劣化。

此外，由于没有使用粘合剂等来相互固定它们的端面，所以需要另一种结构来固定它们的位置关系，并且在完成接合之后仍保持这种位置关系。因此，存在下述缺点，即，导致构件数量以及工序数量增加，并且还难以实现较低成本和较小尺寸。

此外，由于需要光纤和透镜的相应端面上的防反射涂层，所以存在下述缺点，即，导致较高的成本，并且光学特性还受到防发射涂层的光阻(light resistance)的影响。

发明内容

本发明的目的是实现在光纤和光学透镜之间容易地进行接合，而不需在它们之间插入空气层或者粘合剂。

本发明的第一方面提供了一种用于接合光纤和光学透镜的方法，该方法具有以下步骤：

通过加热仅软化光学透镜；

将光纤的端部推入光学透镜的接合部分中，从而使光纤和光学透镜接合；

其中光纤的软化点高于光学透镜的软化点。

根据上述方法，首先，加热并软化光学透镜的接合部分。如上所述，因为光纤的软化温度高于光学透镜的软化温度，所以可以在高于光学透镜的软化温度而低于光纤的软化温度的温度下同时加热光学透镜和光纤的接合部分，此外可以仅加热光学透镜的接合部分。

然后，将作为接合部分的光纤的端部推靠在软化的光学透镜的接合部分上。由于光学透镜被软化，所以光纤的端部被推入光学透镜侧以埋入其中。然后，当使光学透镜冷却时，光学透镜从光纤的周边区域固定光纤的端部，从而可以实现相互接合。

根据基于本发明第一方面的本发明的第二方面，优选地，将光纤的端部和光学透镜的接合部分设置为彼此相对，并且通过设置在光纤侧远离光学透镜的接合部分的热源来软化光学透镜。

根据基于本发明第二方面的本发明的第三方面，更优选地，该热源为电弧放电。

根据上述方法，使电弧放电的加热点与光学透镜的接合部分相分离，并且随后以与分离距离相对应的温度来加热光学透镜的接合部分。

根据基于本发明第二方面的本发明的第四方面，优选地，热源沿光纤轴的径向方向远离光纤和光学透镜。

根据基于本发明第一方面的本发明的第五方面，优选地，该方法具有在软化光学透镜之前软化光纤的端部以在其上获得圆形表面的步骤。

根据基于本发明第一方面的本发明的第六方面，希望该方法还具有以下步骤：

沿拉伸光纤和光学透镜的方向对已接合的光纤和光学透镜施加拉力；以及

基于对光学透镜和光纤所施加的拉力来检查光学透镜和光纤之间的接合状态。

根据本发明的第七方面，提供了一种用于接合光纤和光学透镜的设备，其具有：

透镜夹持机构，用于夹持光学透镜；

光纤夹持机构，用于夹持光纤；

加热单元；以及

加热位置调节机构，其调节目标加热位置与所夹持的光纤的接合部分之间的距离。

光纤的软化点高于光学透镜的软化点，并且以下述方式设置透镜夹持机构和光纤夹持机构，该方式使得光学透镜的接合部分和光纤的接合部分彼此相对。

根据上述构造，光学透镜的接合部分和光纤的作为接合部分的端面分别由透镜夹持机构和光纤夹持机构来支承以彼此相对。然后，通过加热位置调节机构将适当地远离所夹持的光学透镜的接合部分的位置选择为目标加热位置，然后通过加热单元进行加热，并且随后可以适当地加热并软化光学透镜的接合部分。然后，相对地移动光纤或者光学透镜，以将光纤的端部推入到光学透镜的接合部分中，从而可实现相互接合。

根据基于本发明第七方面的本发明的第八方面，优选地，光纤夹持机构具有：

第一光纤夹持器，其将光纤固定在光纤的作为接合部分的端部附近的区域处，该第一光纤夹持器能够固定和释放光纤；

第二光纤夹持器，其将光纤固定在接合部分以外的区域处；以及

夹持器位置调节机构，其沿与光纤的轴线偏离的方向移动第一光纤夹持器和第二光纤夹持器中的至少一个。

上述构造适合于将双芯光纤与光学透镜接合的情况。以下述状态夹持该双芯光纤，在该状态下分别由芯和包层构成的芯线由一条管状包线覆盖。将两条芯线夹持在包线内部，以使得可以沿包线的纵向方向来移动它们的位置。

通过相应的光纤夹持器在接合侧的端部处以及端部以外的位置处夹持该双芯光纤。然后，当由第一光纤夹持器较松地夹持(没有固定光纤的状态)光纤的端部，并随后通过夹持器位置调节机构沿使夹持器偏离光纤轴线的方向来移动第一和第二光纤夹持器中的任何一个时，光纤产生挠曲。根据该挠曲，两条芯线的端部根据它们在包线中的位置关系相对地发生变化。根据该变化来移动/调节第一和第二光纤夹持器中的任何一个，从而使芯线的端部的位置相互一致，并且随后在相互校准端部位置后，通过紧固第一光纤夹持器来固定包线中的芯线。然后，通过加热/软化光学透镜的接合部分，并且随后将光纤的端部推入已软化的光学透镜中，来将光纤与光学透镜接合。

根据基于本发明第七方面的本发明的第九方面，优选地，该设备还具有：

接合强度检查机构，其包括：

拉力施加单元，其通过沿拉伸光纤和光学透镜的方向移动透镜夹持机构和光纤夹持机构中的至少一个来施加拉力；以及

检查单元，其基于对光学透镜和光纤所施加的拉力来检查光学透镜和光纤之间的接合状态。

根据上述构造，在接合光纤与光学透镜之后，施加拉力以使光纤与光学透镜分离。因此，应该理解，当拉力超过预定值时，光纤以足够的接合强度与光学透镜接合。此外，应该理解，当拉力并没有超过预定值时，导致光纤与光学透镜分离的不良接合状态。

根据基于本发明第七方面的本发明的第十方面，更优选地，该设备还具有操作控制单元，其根据从接合强度检查机构获得的信息通过加热单元再次进行加热。

根据上述构造，如果由接合强度检查机构确定该接合有缺陷，则由操作控制单元来驱动加热单元和加热位置调节机构。由此，再次在预定位置加热光学透镜的接合部分，并且在光学透镜软化后再次接合光纤。

根据基于本发明第七方面的本发明的第十一方面，更优选地，该设备还具有：

加热控制单元，其在加热光学透镜以接合光纤和光学透镜以前，通过加热单元对光纤的端部进行加热控制，在接合部分侧进行该加热控制直到达到其软化温度为止。

根据上述构造，由于预先将光纤的接合端部加热到软化温度，所以可以将光纤的端部从平坦端面变形为曲面。因此，可以产生通过光纤的边缘反射而形成的回光的漫反射，从而可以抑制光学特性的劣化。

此外，由于在双芯光纤中使两条对准的芯线的一部分融化，以进入芯线之间的空间，所以可以通过毛细现象将两条芯线粘在一起。

根据基于本发明第七方面的本发明的第十二方面，优选地，该设备还具有：

透镜夹持器驱动机构，其沿光学透镜的光轴方向同时驱动透镜夹持器机构和光学透镜。

根据基于本发明第八方面的本发明的第十三方面，更优选地，该设备还具有：

光纤导向机构，其通过第一和第二光纤夹持器沿相对于光学透镜向前和向后的方向来移动光纤。

根据基于本发明第九方面的本发明的第十四方面，其中所述拉力施加单元具有电控的致动器，以沿直线方向来移动透镜夹持机构和光纤夹持机构中的至少一个。

根据本发明的第十五方面，提供了一种光学模块，该光学模块用于进行光束的发射和入射，该光学模块包括：

光纤；以及

光学透镜，

其中通过包括以下步骤的处理来制造该光学模块：

通过加热仅软化光学透镜；

将光纤的端部推入光学透镜的接合部分中，从而使光纤和光学透镜接合；

其中光纤的软化点高于光学透镜的软化点。

根据基于本发明第十五方面的本发明的第十六方面，其中光纤的端部和光学透镜的接合部分被设置为彼此相对，并且

通过设置在光纤侧远离光学透镜的接合部分的热源来软化光学透镜。

根据基于本发明第十六方面的本发明的第十七方面，其中所述热源为电弧放电。

根据基于本发明第十六方面的本发明的第十八方面，其中热源沿光纤轴线的径向方向远离光纤和光学透镜。

根据基于本发明第十五方面的本发明的第十九方面，其中通过包括以下步骤的处理来制造该光学模块：

在软化光学透镜之前软化光纤的端部，以在其上形成圆形表面。

根据基于本发明第十五方面的本发明的第二十方面，其中通过包括以下步骤的处理来制造该光学模块：

沿拉伸光纤和光学透镜的方向对已接合的光纤和光学透镜施加拉力；以及

基于向光学透镜和光纤所施加的拉力来检查光学透镜和光纤之间的接合状态。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于接合光纤和光学透镜的设备的示意性结构图；

图2是表示沿第一光纤夹持器与光纤的中芯线配合的方向观察的状态的局部放大视图；

图3A是表示在下部芯线突出的情况下，通过夹持器位置调节机构来调节光纤的各条芯线的顶端面之间的对准操作的说明图；

图3B是表示在上部芯线突出的情况下，通过夹持器位置调节机构来调节光纤的各条芯线的顶端面之间的对准操作的说明图；

图4是表示用于接合光纤和光学透镜的设备的控制系统的方框图；

图5是表示该接合设备的操作的流程图；以及

图6是从图5继续的流程图，表示该接合设备的操作。

具体实施方式

(该实施例的总体构造)

下面将参照图1至图6来说明根据本发明实施例的光纤F和光学透镜L的接合设备10。图1是接合设备10的示意性结构图。

这里，作为由接合设备10接合的一个对象的光纤F为双芯光纤，并且分别由芯和包层构成的芯线F1由管状包线F2覆盖并夹持。两条芯线F1都夹持在包线F2内部，以使得可以沿包线F2的纵向方向移动它们的位置。然后，光纤F中的各条芯线F1的一个端面用作为对于光学透镜L的接合部分。此外，作为芯线F1的材料，光纤F采用石英玻璃，其加热软化点大约为1700摄氏度。

作为由接合设备10接合的另一对象的光学透镜L为准直器透镜，并且其一个端面用作为对于光纤F的接合部分。此外，作为其材料，光学透镜L采用多组分玻璃，其加热软化点大约为400至600摄氏度。

接合设备10包括：透镜夹持机构20，用于夹持光学透镜L；光纤夹持机构30，用于夹持光纤F；加热单元40，用于加热光学透镜L；加热位置调节机构50，用于调节加热单元40的目标加热位置到所夹持的光学透镜L的接合部分的距离；接合强度检查机构60，用于通过透镜夹持机构20和光纤夹持机构30中的至少一个沿使光纤F和光学透镜L相分离的方向施加拉力，并且还根据此时所需的拉力来检查光学透镜L和光纤F之间的接合状态；以及操作控制单元90，用于控制上述结构的各种操作。然后，下面将对各个部分进行说明。

(透镜夹持机构)

透镜夹持机构20包括：透镜夹持器21，用于夹持光学透镜L；以及透镜侧滑动导向机构22，用于沿预定的一个轴向方向可移动地支承透镜夹持器21。

透镜夹持器21具有：一对夹持框架23，其分别具有通过将圆柱体沿中心线分为两部分而获得的形状；以及紧固螺钉(未示出)，用于紧固各个夹持框架23。由此，通过上紧紧固螺钉将光学透镜L设置在夹持框架23之间。

透镜侧滑动导向机构22将透镜夹持器21保持为，在将接合设备10安装在水平平面上的状态下可以沿一个水平轴方向移动。此时，透镜侧滑动导向机构22将透镜夹持器21保持为使得由透镜夹持器21夹持的光学透镜L的光轴与透镜夹持器21可沿其移动的一个轴向方向一致。换言之，光学透镜L由透镜夹持机构20夹持，以在光轴保持为水平方向的状态下与光轴平行地移动。

(接合强度检查机构)

接合强度检查机构60包括：拉力传感器61，用于感测施加给所夹持的光学透镜L的拉力；移动构件62，其通过拉力传感器61与透镜夹持器21相连；驱动电机63，其作为驱动源，用于沿使光学透镜L远离光纤F的方向对移动构件62施加移动力；以及滚珠丝杠64，用于将驱动电机63的驱动力转换为施加给移动构件62的移动力。

拉力传感器61感测透镜夹持器21和移动构件62之间的极小位移，并将该位移输出给操作控制单元90。然后，操作控制单元90可以基于所感测的位移来计算透镜夹持器21和移动构件62之间的拉力。

以下述方式设置驱动电机63，该方式使得转动驱动轴的中心线与透镜夹持器21的移动方向一致。转动驱动轴与滚珠丝杠64的螺纹轴相连。然后，滚珠丝杠64与移动构件62啮合，以通过驱动电机63的转动驱动使移动构件62沿其中心线方向移动。换言之，驱动电机63的驱动使得移动构件62通过滚珠丝杠64远离透镜夹持器21移动，并且结果可以沿使光学透镜L远离光纤F的方向来施加拉力。

(光纤夹持机构)

光纤夹持机构30包括：第一光纤夹持器31，用于在接合部分侧上的芯线F1的端面附近夹持光纤F的芯线F1的预定部分；第二光纤夹持器32，用于在接合部分以外的位置夹持光纤F；夹持器位置调节机构33，用于沿使第二光纤夹持器32从光纤F的轴线偏离的方向移动第二光纤保持器32；以及光纤侧滑动导向机构34，用于通过第一和第二光纤夹持器31、32沿使光纤F靠近和远离光学透镜L的方向移动光纤F。

图2是表示沿第一光纤夹持器31与光纤F的中心线配合的方向观察的状态的局部放大视图。换言之，光纤夹持机构30通过第一光纤夹持器31和第二光纤夹持器32以下述方式来夹持光纤F，该方式将光纤F的总体方向保持为与如上夹持的光学透镜L的光轴水平平行。

如图2所示，第一光纤夹持器31具有：框架构件31a、31b，用于形成沿垂直方向和水平方向(沿处于其夹持状态的光学透镜L的光轴方向)的光纤夹持间隙；以及紧固螺钉31c，用于调节框架构件31a、31b之间的间隙距离。在如上构造的第一光纤夹持器31中，将光纤F的两条芯线F1插入框架构件31a、31b之间的间隙中以垂直对准，然后在较松地夹持两条芯线F1的状态(可以沿其纵向方向调节各条芯线F1的位置的状态)下进行芯线F1的端面的对准，并且随后通过紧固螺钉31c来固定芯线F1，以使其在对准之后不会移动。然后，在这种状态下进行与光学透镜L的接合操作。

在第二光纤夹持器32中与处于夹持状态的光学透镜L的光轴平行地形成通孔，光纤F的包线F2穿过该通孔。因此，第二光纤夹持器32以下述状态夹持光纤F，在该状态下，光纤F可以沿贯穿方向(throughdirection)移动。

夹持器位置调节机构33是滑块机构，用于支承第二光纤夹持器32，以使得可以沿垂直方向移动和定位第二光纤夹持器32。可以将夹持器位置调节机构33中的光纤F的移动方向设置为与光纤F的纵向方向不一致的任何方向。但是希望将通过第一光纤夹持器31保持的两条芯线F1的对准方向设置为与光纤F的移动方向一致。

图3是表示通过夹持器位置调节机构33进行的光纤F的各条芯线F1的顶端面之间的对准操作的说明图。

如图3A所示，在下部芯线F1朝向光学透镜L侧突出的情况下(如双点划线所示)，当第二光纤夹持器32向上移动时，拉动并向后牵引下部芯线F1。此外，如图3B所示，在上部芯线F1朝向光学透镜L侧突出的情况下(如双点划线所示)，当第二光纤夹持器32向下移动时，拉动并向后牵引上部芯线F1。

因此，通过将第二光纤夹持器32定位在适当的高度，可以使两条芯线F1的顶端面的位置彼此配合。

在这种情况下，因为光纤F的芯线F1非常细，所以设置摄像机11，用于摄取各条芯线F1的顶端面的位置的图像。然后，在观察以放大方式显示的摄取图像的同时，可以进行顶端位置的对准。

此外，第二光纤夹持器32由夹持器位置调节机构33沿垂直方向可移动地支承。但是，可以沿垂直方向可移动地支承第一光纤夹持器31，或者可以沿垂直方向可移动地支承光纤夹持器31、32。也就是说，第二光纤夹持器32可以沿与突出的芯线F1相反的方向相对于第一光纤夹持器31移动。

光纤侧滑动导向机构34具有：滑块35，用于支承第一光纤夹持器31和第二光纤夹持器32；以及纵向移动机构36，用于沿水平方向(所夹持的光学透镜L的光轴方向)驱动滑块35，以对其进行定位。

如上所述，在完成了芯线F1的顶端对准的状态下将光学透镜L紧固到第一光纤夹持器31上，并且随后在由光纤夹持器31、32支承光纤F的状态下，通过滑块35沿水平方向移动整个光纤F以调节其位置。

换言之，通过操作控制单元90来控制纵向移动机构36的操作。因此，当如稍后所述形成光纤F的芯线F1的曲面时，将光纤F定位在加热位置处，或者当将芯线推入光学透镜L中时，移动光纤F并将其定位在预定的推入位置。

(加热单元和加热位置调节机构)

加热单元40是用于进行所谓的电弧焊接的结构。加热单元40具有一对电弧放电电极以及用于提供放电电流的电流供应电路(未示出)，其中该对电弧放电电极的顶端部分被设置为沿垂直方向彼此相对。

此外，加热位置调节机构50具有：框架构件51，用于夹持一对电弧放电电极；以及移动机构52，用于沿水平方向(沿着所夹持的光学透镜L的光轴的方向)移动框架构件51以对其进行定位。

将一对电弧放电电极的相互顶端分开一距离，可以在该距离中设置光纤F，并且这些电极的相互顶端之间的位置为目标加热位置。然后，通过加热位置调节机构50来支承电弧放电电极，以使得电极的顶端部分之间的间隙可以保持为与所夹持的光纤F相同的高度。

加热位置调节机构50通过移动机构52沿水平方向移动框架构件51以对其进行定位，其中该框架构件51夹持一对电弧放电电极，同时保持它们的相对状态。因此，可以调节目标加热位置与光学透镜L的接合部分的分离距离，并且在保持提供给电弧放电电极的电流值恒定的同时，可以调节施加给光学透镜L的接合部分的热量。在这种情况下，可以通过操作控制单元90来控制由框架构件51对移动机构52进行的电弧放电电极的移动/定位。

(接合设备的控制系统)

图4是表示光纤和光学透镜的接合设备10的控制系统的方框图。如图4所示，操作控制单元90具有：CPU91，用于执行各种处理，并根据至少一个预定的控制程序来进行控制；系统ROM92，用于存储用来执行各种处理和控制的程序以及各种处理和控制所需的数据；RAM93，用于存储各种数据，以用作为各种处理的工作区域；以及I/F(接口)(未示出)，用于连接CPU91和各种装置。然后，将用于输入各种设置和操作指令的控制面板94通过I/F与拉力传感器61、摄像机11、驱动电机63、纵向移动机构36、加热单元40以及移动机构52相连。

根据存储在ROM92中的程序，CPU91对驱动电机63进行驱动，以在接合光纤F和光学透镜L之后，使光纤F和光学透镜L彼此分离，并且CPU91还根据此时由拉力传感器61感测到的拉力负载来进行操作控制以确定接合强度。

另外，根据存储在ROM92中的程序，CPU91在接合光纤F和光学透镜L之后，向光纤F和光学透镜L施加拉力，并随后执行操作控制，以当由拉力传感器61感测到的拉力负载不满足预定值时，根据光纤F和光学透镜L之间的距离变化是否超过预定值来再次确定接合强度。

此外，根据存储在ROM92中的程序，CPU91在接合光纤F和光学透镜L之后，向光纤F和光学透镜L施加拉力，并随后执行操作控制，以根据所感测的拉力负载是否几乎变为零，或者在光纤F和光学透镜L之间的间隔是否达到预定值，来再次确定接合强度。

另外，根据存储在ROM92中的程序，当作为确定结果，接合状态并不良好时，CPU91进行操作控制以再次进行接合操作。此外，根据存储在ROM92中的程序，CPU91进行操作控制以重复上述重新接合操作预定次数。

此外，根据存储在ROM92中的程序，CPU91对加热单元40进行控制，以在接合操作前将光纤F的顶端部分加热到软化温度。即，用于执行预定程序的CPU91可以用作为加热控制单元。

此外，根据存储在ROM92中的程序，CPU91确定在加热上述光纤F之后的顶端形状的弯曲特性，并随后在没有确定顶端形状为曲面时再次执行操作控制以进行加热操作。此外，根据存储在ROM92中的程序，CPU91执行操作控制以重复上述重新接合操作预定次数。

(接合设备的操作的说明)

下面将参照图5和图6来说明光纤F和光学透镜L的接合操作。图5和图6是表示接合设备10的操作的流程图。

首先，通过手动操作将光学透镜L设置在透镜夹持机构20中，并还通过手动操作将光纤F设置在光纤夹持机构30中(步骤S1)。即，通过紧固夹持框架23来安装光学透镜L，并还通过将光纤插入光纤夹持器31、32中来安装光纤F。

此时，进行光纤F的芯线F1的各个顶端部分的对准。更具体地，在监视由摄像机11摄取的放大图像的同时，向上或向下移动第二光纤夹持器32，并且随后定位第二光纤夹持器32以校准光纤的端部位置。然后，通过第一光纤夹持器31来紧固/固定两条芯线F1。然后，当通过设置在控制面板94上的开始开关输入开始操作时，释放制动器(stopper)，并且还通过驱动电机63将透镜夹持器21拉回到光纤F相对侧的再处理位置(步骤S2)。

同时，操作控制单元90控制纵向移动机构36和移动机构52，以使它们移动/定位，从而使得加热单元40的目标加热位置与光纤F的芯线F1的顶端位置对准(步骤S3)。更具体地，操作控制单元90使得摄像机11摄取光纤F的芯线F1的顶端部分以及电弧放电电极的图像，并处理所摄取的图像，并且随后对纵向移动机构36和移动机构52进行定位控制，以使得目标加热位置与芯线F1的顶端位置一致。

在定位光纤F之后，通过加热单元40来执行电弧放电，同时产生可以将光纤加热到石英玻璃的软化点的高输出(步骤S4)。电弧放电将光纤的端部加热到软化点，以在其上获得圆形表面。

然后，摄像机11摄取芯线F1的顶端部分的图像。操作控制单元90对所摄取的图像进行图像处理，并确定从侧面观察的芯线F1的顶端面是否为曲面(步骤S5)。

结果，如果芯线F1中的至少一个保持为预定的平面度，则检查预定的重复次数n(步骤S6)。如果n不为0，则将数量n减1(步骤S7)。然后，处理返回到步骤S4，在步骤S4通过加热单元40再次对芯线F1进行电弧放电。相反，如果已经满足n＝0，则确定已经重复了n次电弧放电，并因此执行异常终止处理。此时，可以通过设置通知单元或者显示单元来执行通知操作者由于故障而结束操作的处理。

相反，在步骤S5中，如果确定光纤F的芯线F1的顶端面的形状为曲面，则通过移动机构52移动电弧放电电极，以使其远离光学透镜L预定距离(步骤S8)。

然后，通过驱动电机63将透镜夹持器21朝向光纤F侧移动。此时，摄像机11摄取芯线F1的顶端部分以及电弧放电电极的图像，并且操作控制单元90基于成像处理对驱动电机63进行驱动，以使光学透镜L的接合部分与芯线F1的顶端部分接触(步骤S9)。

然后，当定位了光学透镜L时，在目标加热位置处执行电弧放电，在该目标加热位置处电弧放电电极与光学透镜L分离预定距离(步骤S10)。由于即使将电弧放电电极的加热输出抑制到允许该设备放电的最低输出，该加热输出也大大超过光学透镜L的软化点，所以可以通过分离目标加热位置以控制距离来调节加热温度。因此，可以适当地软化光学透镜L。

然后，通过纵向移动机构36将光纤F的芯线F1朝向光学透镜L侧移动。由此，将芯线F1推入光学透镜L的连接部分中，并且随后通过冷却光学透镜L来固定芯线F1，结果将光纤F与光学透镜L接合(步骤S11)。

在完成接合操作后，检查光纤F和光学透镜L之间的接合强度。换言之，对驱动电机63进行驱动，以使光学透镜L从光纤F分离(步骤S12)。如果在该驱动过程中，拉力传感器61的输出超过预定负载(步骤S13)，则停止对驱动电机63的驱动并保持透镜夹持器21的位置(步骤S14)。然后，将该设备保持现有状态预定时间(步骤S15)。然后，沿相反方向对驱动电机63进行驱动，并使透镜夹持器21返回到初始位置(步骤S16)。由此，完成接合操作。

相反，在步骤S13中，如果拉力传感器61的输出没有达到预定负载或更大，则基于驱动电机63的驱动量来确定透镜夹持器21是否移动了预定距离(步骤S17)。如果透镜夹持器21没有移动，则处理进行到步骤S13，在步骤S13仍继续对驱动电机63进行驱动。

此外，如果透镜夹持器21移动了预定距离，则通过检查拉力传感器61的输出来再次确定该负载是否几乎等于0(步骤S18)。

如果负载等于或接近于0，则确定光纤F与光学透镜L分离，并且随后执行异常终止处理。此时，通过设置通知单元或者显示单元来执行通知操作者由于故障而结束操作的处理。

然后，如果负载不等于或接近于0，则检查预定重复次数m是否等于0(步骤S19)。然后，如果次数m不等于0，则将次数m减1(步骤S20)。然后，沿相反方向对驱动电机63进行驱动，随后使透镜夹持器21返回到初始位置(步骤S21)，然后通过加热单元40再次执行电弧放电(步骤S22)。然后，处理返回到步骤S11，在步骤S11将光纤F推入光学透镜L中。如果已经满足次数m＝0，则确定重复了m次电弧放电，并且执行异常终止处理。

(该实施例的优点)

由于具有上述构造的接合设备10可以通过将光纤F推入软化的光学透镜L中而实现相互接合，所以可以省略粘合剂，并且还可以避免由于温度升高而导致光学特性的劣化。

此外，由于仅将光学透镜L加热到其软化点，所以可以在不将光纤F加热到高于软化点的温度的情况下实现相互接合，从而还可以减少功率消耗。

此外，由于不需要粘合剂，所以可省略用于粘合剂的边缘(margin)，可以省略用于固定光纤F的诸如毛细管等的导向装置，并且可以省略抛光光纤和导向装置的端面的操作。结果，因为减少了构件数量以及工序数量，所以可以提高成本性能和生产率。

此外，由于可以通过将光纤F推入软化的光学透镜L中来实现接合，所以在光纤F和光学透镜L之间没有形成空间。因此，可以避免异物的进入，从而可以将光学特性保持较高。

此外，由于可以省略用于保持间隙空间的结构并且还可以省略端面上的防反射涂层，所以可以实现较低成本和较小尺寸。

另外，与熔化光纤F和光学透镜L以进行接合的方法不同，可以不考虑软化温度的相互差异来接合光纤F和光学透镜L。

此外，由于光学透镜L的线性膨胀系数大于光纤F的线性膨胀系数，所以通过光学透镜L从周边固定推入的光纤F，并由此可以提高接合强度。

此外，由于接合设备10根据从电弧放电的目标加热点到光学透镜L的接合部分的距离来调节热量，所以可以省略或者简化用于调节电弧放电的输出强度的电路，并由此可以简化整个设备，并且可以提高生产率。

此外，由于接合设备10通过调节两个光纤夹持器31、32的相互位置来对双芯光纤的芯线的端面进行对准，所以可以省略抛光操作，并且可以通过简单的操作来进行对准。因此，可以提高加工能力，并且可以省略导向装置等，并由此可以降低成本。

另外，接合设备10具有接合强度检查机构60，用于在光学透镜L和光纤F之间施加拉力，并感测该拉力，并且操作控制单元90还基于所感测的拉力来检查光学透镜L和光纤F之间的接合状态。因此，可以容易地发现不良接合。

此外，操作控制单元90基于由接合强度检查机构做出的不良接合的确定来执行操作控制，以使加热单元40再次进行加热。因此，可以提高光学透镜L和光纤F之间的接合操作的可靠性。

此外，由于操作控制单元90执行操作控制，以在接合操作之前将光纤F的接合端部加热到软化温度，所以可以将光纤F的芯线F1的端部变形为类似于曲面。因此，可以产生由光纤F的边缘反射形成的回光的漫反射，从而可以抑制接合操作后光学特性的劣化。此外，由于通过加热使两条对准的芯线F1的一部分融化以进入芯线之间的空间中，所以可以通过毛细现象将两条芯线粘在一起。因此，可以将两条芯线保持为其对准状态，并且可以使光纤的端部直径减小。

通过提供驱动电机作为用于垂直于夹持器位置调节机构33移动第二光纤夹持器32的驱动源，并且随后通过操作控制单元90控制该驱动电机，来执行光纤F的两条芯线F1的顶端的对准操作。换言之，操作控制单元90可以通过基于由摄像机11摄取的图像来执行图像处理而区分其不一致的状态，然后可以根据芯线F1中的哪一条突出来确定驱动电机的向上或向下驱动方向，并且还执行控制以移动第二光纤夹持器32，直到两个端面彼此一致。

在上述接合强度检查机构60中，采用驱动电机63作为驱动源，以在光纤F和光学透镜L之间施加拉力。在这种情况下，当已知待施加拉力时，可以采用使用磁力的螺线管等、使用气动技术的致动器、液压装置等来代替驱动电机63。结果，可以简化机械部分，并且还可以实现减小尺寸，降低成本以及提高生产率。

尽管已经结合本发明的优选实施例进行了描述，但是对于本领域的技术人员来说，显然在不脱离本发明的情况下可以进行各种变化和修改，因此，其目的在于在所附权利要求中涵盖落入本发明的实质精神和范围内的所有这些变化和修改。

在本发明的第一方面中提出的发明中，由于通过将光纤推入软化的光学透镜中来实现相互接合，所以可以省略粘合剂，并且还可以避免由于温度升高而导致光学特性劣化。

此外，由于仅将光学透镜加热到其软化点，所以可以不将光纤加热到高于光纤软化点的温度，从而还可以减小加热输出。

此外，由于在光纤的顶面中并不发生变形，所以可以保持如所设计的光纤的光学特性。

此外，由于不需要粘合剂，因此可省略用于粘合剂的边缘，可以省略用于固定光纤F的诸如毛细管等的导向装置，并且可以省略抛光光纤和导向装置的端面的操作。结果，因为减少了构件数量以及工序数量，所以可以提高成本性能和生产率。

此外，由于采用了将光纤推入软化的光学透镜中的方法，所以在光纤和光学透镜之间没有形成空间。因此，可以避免异物的进入，从而可以将光学特性保持得较高。

此外，由于可以省略用于保持间隙空间的结构并且还可以省略端面上的防反射涂层，所以可以实现较低的成本和较小的尺寸。

另外，与熔化光纤F和光学透镜L以进行接合的方法不同，可不考虑软化温度的相互差异来接合光纤和光学透镜。

此外，由于光学透镜的线性膨胀系数大于光纤的线性膨胀系数，所以通过光学透镜从周边固定所推入的光纤，由此可以提高接合强度。

根据本发明，由于电弧放电的加热点与光学透镜的接合部分相分离，所以可以以与分离距离相对应的温度来加热光学透镜的接合部分。因此，可以省略用于调节放电输出强度的装置等，并且可以简易地调节光学透镜的加热温度。

此外，根据本发明的第七方面，由于可以通过加热位置调节单元来调节加热单元的目标加热位置，所以可以根据分离距离来调节光学透镜的接合部分的加热温度。因此，可以通过该接合设备来进行加热以仅软化光学透镜的接合部分，并且通过在该加热后将光纤的端部推入光学透镜的接合部分中而容易地进行光纤和光学透镜的接合。

此外，由于不需要粘合剂，所以可以获得与本发明第一方面中相同的效果。

此外，由于仅将光学透镜加热到其软化点，所以可以不将光纤加热到高于光纤软化点的温度，从而还可以减小加热输出。

此外，由于在光纤的顶面中不发生变形，所以可以保持如所设计的光纤的光学特性。

此外，由于光学透镜的线性膨胀系数大于光纤的线性膨胀系数，所以通过光学透镜从周边固定所推入的光纤，并由此可以提高接合强度。

在本发明的第八方面中，由于通过调节两个光纤夹持器的位置来执行对双芯光纤的芯线的端面的对准，所以可以省略抛光操作，并且可以通过简单的操作来进行对准。因此，可以提高加工能力，并且可以省略导向装置等，并由此可以降低成本。

在本发明的第九方面中，提供了接合强度检查机构，用于基于施加在光学透镜和光纤之间的拉力来检查光学透镜和光纤之间的接合状态。因此，可以容易地发现不良接合。

在本发明的第十方面中，提供了操作控制单元，用于基于由接合强度检查机构做出的不良接合的确定，使加热单元再次加热光学透镜。因此，可以提高光学透镜和光纤之间的接合操作的可靠性。

在本发明的第十一方面中，由于预先将光纤的接合端部加热到软化温度，所以可以使光纤的端部变形为曲面。因此，可以产生由光纤的边缘反射形成的回光的漫反射，从而可以抑制接合操作后光学特性的劣化。

此外，由于在双芯光纤中使两条对准芯线的一部分融化以进入芯线之间的空间中，所以可以通过毛细现象将两条芯线粘在一起。因此，可以使两条芯线保持为其对准状态，并且还可以减小光纤端部的直径。

本发明要求于2004年2月23日在日本专利局提交的日本专利申请No.2004-046189的外国优先权，在此通过引用并入其内容。

Claims (20)

1、一种用于接合光纤和光学透镜的方法，包括以下步骤：

通过加热仅软化所述光学透镜；

将所述光纤的一端部推入所述光学透镜的接合部分中，从而接合所述光纤和所述光学透镜；

其中所述光纤的软化点高于所述光学透镜的软化点。

2、根据权利要求1所述的用于接合光纤和光学透镜的方法，其中将所述光纤的所述端部和所述光学透镜的所述接合部分设置为彼此相对，并且

通过设置在所述光纤侧远离所述光学透镜的所述接合部分的热源来软化所述光学透镜。

3、根据权利要求2所述的用于接合光纤和光学透镜的方法，其中所述热源为电弧放电。

4、根据权利要求2所述的用于接合光纤和光学透镜的方法，其中所述热源被设置为沿光纤的轴线的径向方向远离所述光纤和所述光学透镜。

5、根据权利要求1所述的用于接合光纤和光学透镜的方法，还包括以下步骤：

在软化所述光学透镜之前，软化所述光纤的所述端部，以在其上形成圆形表面。

6、根据权利要求1所述的用于接合光纤和光学透镜的方法，还包括以下步骤：

沿拉伸所述光纤和所述光学透镜的方向对已接合的光纤和光学透镜施加拉力；以及

基于对所述光学透镜和所述光纤施加的拉力来检查所述光学透镜和所述光纤之间的接合状态。

7、一种用于接合光纤和光学透镜的设备，其包括：

透镜夹持机构，用于夹持所述光学透镜；

光纤夹持机构，用于夹持所述光纤；

加热单元；以及

加热位置调节机构，其调节目标加热位置与所夹持的光纤的接合部分之间的距离，

其中所述光纤的软化点高于所述光学透镜的软化点，并且

以下述方式设置所述透镜夹持机构和所述光纤夹持机构，该方式使得所述光学透镜的接合部分与所述光纤的接合部分彼此相对。

8、根据权利要求7所述的用于接合光纤和光学透镜的设备，其中所述光纤夹持机构包括：

第一光纤夹持器，其在所述光纤的作为所述接合部分的端部附近的区域处夹持所述光纤，该第一光纤夹持器能够紧固和释放所述光纤；

第二光纤夹持器，其在所述接合部分以外的区域处夹持所述光纤；以及

夹持器位置调节机构，其沿与所述光纤的轴线偏离的方向移动所述第一光纤夹持器和所述第二光纤夹持器中的至少任何一个。

9、根据权利要求7所述的用于接合光纤和光学透镜的设备，还包括：

接合强度检查机构，其包括：

拉力施加单元，其通过沿拉伸所述光纤和所述光学透镜的方向移动所述透镜夹持机构和所述光纤夹持机构中的至少任何一个来施加拉力；以及

检查单元，其基于对所述光学透镜和所述光纤施加的拉力来检查所述光学透镜和所述光纤之间的接合状态。

10、根据权利要求7所述的用于接合光纤和光学透镜的设备，还包括：

操作控制单元，其根据从所述接合强度检查机构获得的信息通过加热单元再次进行加热。

11、根据权利要求7所述的用于接合光纤和光学透镜的设备，还包括：

加热控制单元，其在加热所述光学透镜以接合所述光纤和所述光学透镜之前，通过所述加热单元对所述光纤的端部进行加热控制，在接合部分侧进行该加热控制直到达到其软化温度为止。

12、根据权利要求7所述的用于接合光纤和光学透镜的设备，还包括：

透镜夹持器驱动机构，其沿所述光学透镜的光轴方向同时驱动所述透镜夹持器机构和所述光学透镜。

13、根据权利要求8所述的用于接合光纤和光学透镜的设备，还包括：

光纤导向机构，其通过所述第一和第二光纤夹持器相对于所述光学透镜沿向前和向后的方向移动所述光纤。

14、根据权利要求9所述的用于接合光纤和光学透镜的设备，其中

所述拉力施加单元具有电控的致动器，以沿直线方向移动所述透镜夹持机构和所述光纤夹持机构中的至少一个。

15、一种光学模块，其用于进行光束的发射和入射，该光学模块包括：

光纤；以及

光学透镜，

其中通过包括以下步骤的处理来制造所述光学模块：

通过加热仅软化所述光学透镜；

将所述光纤的一端部推入所述光学透镜的接合部分中，从而接合所述光纤和所述光学透镜；

其中所述光纤的软化点高于所述光学透镜的软化点。

16、根据权利要求15所述的光学模块，其中所述光纤的所述端部与所述光学透镜的所述接合部分被设置为彼此相对，并且

通过设置在所述光纤侧远离所述光学透镜的所述接合部分的热源来软化所述光学透镜。

17、根据权利要求16所述的光学模块，其中所述热源为电弧放电。

18、根据权利要求16所述的光学模块，其中所述热源被设置为沿所述光纤的轴线的径向方向远离所述光纤和所述光学透镜。

19、根据权利要求15所述的光学模块，其中通过包括以下步骤的处理来制造所述光学模块：

在软化所述光学透镜之前，软化所述光纤的所述端部，以在其上形成圆形表面。

20、根据权利要求15所述的光学模块，其中通过包括以下步骤的处理来制造所述光学模块：

沿拉伸所述光纤和所述光学透镜的方向对已接合的所述光纤和所述光学透镜施加拉力；以及

基于对所述光学透镜和所述光纤施加的拉力来检查所述光学透镜和所述光纤之间的接合状态。

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