DE69631916T2

DE69631916T2 - Apparat zur Einstellung der Parallelität der Stirnflächen von optischen Substraten

Info

Publication number: DE69631916T2
Application number: DE69631916T
Authority: DE
Inventors: Yukihisa Nagoya City Osugi; Yasuharu Nagoya City Kuno
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2016-01-26
Also published as: EP0724172B1; EP0724172A2; EP0724172A3; DE69631916D1; US5715341A; JP2846594B2; CN1176394A; JPH08201650A; CN1093942C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen der Parallelität von Endflächen optischer Substrate.
Vor kurzem hat ein Verfahren zur Ausbildung von optischen Wellenleitern für LiNbO₃(Lithiumniobat)-Einkristallsubstrat durch ein Titan-Eindiffundierungsverfahren Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Ein solches optisches Wellenleitersubstrat wird als Substrat für ein Wellenleiter-artiges optisches Modulationselement, einen optischen Wellenleiter-artigen Teilungs/Kopplungsschaltkreis oder einen optischen Wellenleiter-artigen Kopplungs/Teilungsschaltkreis verwendet und soll in Zukunft als ein Substrat für einen integrierten optischen Wellenleiter-Schaltkreis eingesetzt werden.
Beim obigen optischen Wellenleiter-Substrat ist eine Endfläche des optischen Wellenleiters durchgehend mit der einer externen optischen Faser Ende an Ende gekoppelt, so dass Licht effektiv zwischen der optischen Faser und dem optischen Wellenleiter übertragen werden muss. Wenn hierbei ein Zwischenraum zwischen der Endfläche der optischen Faser und der des optischen Wellenleiters vorhanden ist oder deren optische Achsen voneinander in ihrer Position abweichen, vergrößert sich der Lichttransmissionsverlust. Daher müssen die Endflächen mit hoher Genauigkeit aneinander gekoppelt werden. Es ist insbesondere erforderlich, dass die einander eng berührenden Endflächen parallel zueinander sind, während die Positionsabweichung zwischen einem Kernabschnitt der Faser und des Wellenleiters minimal sein sollte. Dazu sind manche Endflächen-Kopplungsverfahren bekannt. Gemäß sämtlicher herkömmlicher Verfahren muss jedoch ein Laserstrahl so hindurchgehen, wenn der optische Wellenleiter mit der Endfläche der optischen Faser verbunden ist, dass die Lichtübertragungsmenge maximal sein kann. Diese optische Achsenausrichtung benötigt sehr viel Zeit, was die Bearbeitbarkeit verschlechtert und die Produktivität verringert.
Um die obigen Probleme zu lösen, offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-125209 ein Verfahren zum Ausrichten einer Endfläche eines optischen Wellenleiters mit der einer optischen Faser, bei dem eine Führungsrille auf einem optischen Wellenleitersubstrat ausgebildet wird, ein Führungsstift auf einem die optische Faser haltenden Verbindungselement bereitgestellt und der Führungsstift in die Führungsrille eingepasst wird.
Die Untersuchungen der Erfinder haben jedoch gezeigt, dass es, obwohl jede der oberen und unteren Platten aus einem Si-Chip oder Kunststoff besteht, schwierig ist, die Endfläche des optischen Wellenleiters mit hoher Genauigkeit mit der Endfläche der optischen Faser zu verbinden, wodurch es wiederum schwierig wird, eine hervorragende Kopplungsgüte zu erzielen.
Die EP-A-541820 offenbart ein Verfahren zum Verbinden eines optischen Wellenleiters mit einer optischen Faser, das die Ausbildung von Rillen für Einfügestifte mit Markierungen, die an Positionsbezugspunkten angeordnet sind, einschließt. Der Wellenleiter wird in Bezug auf die optische Faser gleitend bewegt, um die Markierungen aufzureihen.
Die Erfinder haben ein Verfahren untersucht, bei dem ein optisches Wellenleitersubstrat hergestellt wurde, indem ein optischer Wellenleiter in einem Substratmaterial ausgebildet wurde, ein Anordnungsverbindungssubstrat (eine optische Faser-Anordnungseinheit) durch Ausbilden einer gegebenen Anzahl an V-Rillen auf einem Material für diese optische Faseranordnungseinheit erzeugt wurde, die Endflächen des optischen Wellenleitersubstrats und der optischen Faseranordnungseinheit mit höchstmöglicher Genauigkeit mechanisch bearbeitet und optisch poliert wurden und diese einander gegenüberliegenden Endflächen durch Heranziehen der Außenkonturen des Substrats als Referenzflächen gekoppelt wurden. Bei diesem Verfahren liegen die Endflächen der optischen Faseranordnungseinheit und des optischen Wellenleitersubstrats einander gegenüber und sind parallel zueinander, und anschließend werden ihre optischen Achsen ausgerichtet. Die Bearbeitungsgenauigkeit dieser Endflächen entspricht einer Bearbeitungsgenauigkeit von z.B. etwa 50 μm, was als Winkelgenauigkeit einer Abweichung von 1 Grad oder mehr entspricht. Wenn sich die Parallelität zwischen den Endflächen der optischen Faseranordnungeinheit und des optischen Wellenleiters verschlechtert, steigt der Lichttransmissionsverlust und die Lebensdauer wird geringer. Es ist daher erwünscht, dass die Parallelität auf nicht mehr als 0,1 Grad eingestellt wird. Aus dem oben angeführten Grund kann die Parallelität der Endflächen jedoch nicht so eingestellt werden, dass diese genau parallel zueinander sind, indem lediglich die Endflächen unter Ausrichtung der optischen Achsen einander gegenüberliegend angeordnet und aneinandergefügt werden.
Die EP-A-527429 offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, Endflächen von optischen Substraten (z.B. optische Wellenleitersubstrate und optische Faser-Anordnung-Verbindungssubstrate) einander gegenüberliegend anzuordnen und mit hoher Parallelität aneinanderzufügen.
Die vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Einstellen der Parallelität von Endflächen einer Vielzahl von optischen Substraten, wie in Anspruch 1 definiert, bereit.
Die Erfinder hielten jedes der optischen Substrate so, dass eines der optischen Substrate drehbar gehalten wurde, brachten die einander gegenüberliegenden Endflächen der optischen Substrate miteinander in Berührung, indem ein anderes gegenüberliegendes Substrat zu einem dieser optischen Substrate bewegt wurde, und übten in einer Kontaktbewegungsrichtung Druck zwischen den einander berührenden Substraten aus. Die Erfinder entdeckten folglich, dass die einander gegenüberliegenden Endflächen der optischen Substrate durch diesen extrem einfachen Vorgang und Mechanismus mit hoher Genauigkeit parallel zueinander ausgerichtet werden konnten. Auf Basis dieser Entdeckung entwickelten die Erfinder die vorliegende Erfindung.
Diese und andere optionale Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die Lektüre der folgenden Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Abbildungen ersichtlich, wobei es sich versteht, dass gewisse Modifikationen, Variationen und Veränderungen derselben problemlos von einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung vorgenommen werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird auf die begleitenden Abbildungen verwiesen, worin:
1(a) eine Draufsicht zur Veranschaulichung eines optischen Wellenleitersubstrats und optischer Faseranordnungseinheiten ist, bevor Letztere mit Ersteren ausgerichtet werden;
1(b) eine Draufsicht zur Veranschaulichung des optischen Wellenleitersubstrats und der optischen Faseranordnungseinheiten ist, nachdem Letztere mit Ersteren ausgerichtet worden ist;
2 eine Vorderansicht ist, die eine Endflächen-Einstellungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Z-Richtung betrachtet veranschaulicht;
3 eine Vorderansicht ist, die die Endflächen-Einstellungsvorrichtung aus 2 in Y-Richtung betrachtet veranschaulicht;
4 eine Vorderansicht ist, die die Endflächen-Einstellungsvorrichtung aus 2 in X-Richtung betrachtet veranschaulicht;
5(a) eine perspektivische Ansicht einer Einspannvorrichtung 9 ist, in der die optische Faseranordnungseinheit 31 angeordnet und fixiert ist;
5(b) eine Schnittansicht der Einspannvorrichtung 9 ist, in der die optische Faseranordnungseinheit 31 angeordnet und fixiert ist;
6 eine perspektivische Ansicht einer Halterung 41 ist, in der ein optisches Wellenleitersubstrat 36 angeordnet und fixiert ist;
7 eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung einer Ausrichtungsvorrichtung ist, um die Endflächen eines Paars optischer Faseranordnungseinheiten mit jeweils gegenüberliegenden Endflächen eines optischen Wellenleitersubstrats auszurichten; und
8 eine Draufsicht zur Veranschaulichung eines optischen Wellenleitersubstrats 54 und eines Paars optischer Faseranordnungseinheiten 53A und 53B ist, die durch die vorliegende Erfindung aneinander gekoppelt werden sollen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zuerst wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf die Ausführungsformen unter Verweis auf 1 erläutert, die auf die sogenannten 4-Reihen-4-Reihen-Lichtschaltelemente angewendet wurden. Die vorliegende Erfindung kann natürlich auf andere Lichtsubstrate, wie z.B. ein in 8 gezeigtes Lichtsubstrat, angewendet werden.
Ein optisches Wellenleitersubstrat 36 ist z.B. mit vier Reihen an optischen Wellenleitern 37 ausgebildet. Die optischen Wellenleiter sind durch ein Titan-Eindiffundierungsverfahren, Lithium-Ausdiffundierungsverfahren, Protonenaustauschverfahren oder dergleichen hergestellt worden. Die Anzahl an Reihen und die planare Gestalt der optischen Wellenleiter 37 kann natürlich je nach Anforderungen der jeweiligen Produkte entsprechend verändert werden.
Jedes Paar optischer Faser-Anordnungseinheiten 31A und 31B ist durch mechanische Bearbeitung mit vier Reihen an V-Rillen (Führungsrillen) 32 ausgebildet. Die Anzahl an Reihen und die Positionen der ausgebildeten Führungsrillen 32 müssen natürlich mit denen der optischen Wellenleiter 37 ausgerichtet sein. Zudem ist auf jeder optischen Faseranordnungseinheit 31A und 31B eine Sitzvertiefung 35 ausgebildet. Nun wird eine optische Faser 33 in jeder der Führungsrillen 32 eines Paars optischer Faseranordnungseinheiten 31A, 31B aufgenommen und angeordnet. In 1 sind die optischen Fasern 33 in einer Abdeckung 34 untergebracht, die durch die Sitzvertiefung 35 fix aufgenommen wird. Eine Endfläche 38 einer jeder der optischen Faseranordnungseinheiten 31A und 31B wird optisch poliert und ein Paar optischer Endflächen 39 des optischen Wellenleitersubstrats 36 wird ebenfalls optisch poliert.
Bevor die Parallelität der Endflächen eingestellt wird, sind die Endflächen 38 und 39 auf jeder Seite in Bezug aufeinander geneigt, wie in 1(a) gezeigt wird. Die tatsächliche Oberflächengenauigkeit dieser Endflächen beträgt etwa 50 μm, was einer Winkelgenauigkeit von 1 Grad oder mehr entspricht. Um den Lichtmengenverlust zu senken und die Lebensdauer zu verbessern, muss die Parallelität andererseits bei einer Genauigkeit von etwa 0,1 Grad liegen. Es ist schwierig und kostspielig, die Endflächen 38 und 39 in der oben erforderlichen Genauigkeit mechanisch zu bearbeiten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Endflächen 38 und 39 jedoch mit hoher Genauigkeit parallel ausgerichtet werden, indem das optische Wellenleitersubstrat 36 drehbar gehalten wird, die optischen Faseranordnungseinheiten 31A und 31B dem optischen Wellenleitersubstrat 36 angenähert werden, die Endflächen 39 des optischen Wellenleitersubstrats 36 mit den Endflächen 38 der optischen Faseranordnungseinheiten 31A und 31B in Kontakt gebracht werden und entlang einer Berührungsrichtung Druck ausgeübt wird.
Ein beinahe ähnlicher Effekt kann durch drehbares Halten der optischen Faseranordnungseinheiten 31A und 31B, Annähern der optischen Faseranordnungseinheiten 31A und 31B an das optische Wellenleitersubstrat 36, Kontakt-Herstellen zwischen den Endflächen 39 des optischen Wellenleitersubstrats 36 und den Endflächen der optischen Faseranordnungseinheiten 31A und 31B und Ausüben von Druck entlang einer Berührungsrichtung.
Die Erfindungsvorrichtung schließt zudem einen Druckdetektor ein, der die Druckveränderung detektiert, die beim Berühren der einander gegenüberliegenden Substrate auftritt. Die optische Faseranordnungseinheit und das optische Wellenleitersubstrat aus einem Keramikmaterial brechen mit hoher Wahrscheinlichkeit, wenn sie eine starken Stoß aufnehmen, was zu einer Erhöhung des Ausschusses und einer Abnahme des Ertrags führt. Es ist daher erwünscht, dass ein Druckdetektor den Berührungsdruck einstellt, damit kein übermäßiger Druck entsteht.
Darüber hinaus kann die Erfindungsvorrichtung einen Gleitmechanismus einschließen, um die Halterung in eine Richtung zu schieben, in der eine Last auf die Halterung ausgeübt wird, so dass die Last nicht übermäßig auf die optischen Substrate ausgeübt wird, wenn die einander gegenüberliegenden Endflächen der optischen Substrate miteinander in Berührung gebracht werden. Zudem kann vorzugsweise ein Klemmmechanismus bereitgestellt sein, um den Gleitmechanismus nach dem Gleiten der Halterung zu fixieren.
Zudem wird das optische Substrat vorzugsweise durch zwei Sätze an Drehtischen, die frei gedreht werden können, drehbar gehalten. Derartige Drehtische mit äußerst hoher Präzision sind im Handel erhältlich und können vorteilhaft eingesetzt werden.
Wenn die einander gegenüberliegenden Endflächen der optischen Substrate miteinander in Berührung gebracht werden, kann ein Drehmoment des optischen Substrats höchst wirksam übertragen werden, indem die Drehmittelpunkte der Drehtische mit den Endflächen der optischen Substrate im Wesentlichen in Übereinstimmung gebracht werden. Dadurch kann ein mögliches Brechen aufgrund der Ausübung von übermäßiger Belastung auf die optischen Substrate verhindert werden.
In diesem Fall wird die Neigung der optischen Substrate vorzugsweise verhindert, indem ein Gewicht auf einer dem optischen Substrat von den Drehmittelpunkten der Drehtische her betrachtet gegenüberliegenden Seite bereitgestellt wird, wobei das Gewicht so eingestellt ist, dass die Drehtische ins Gleichgewicht gebracht werden.
2 ist eine Vorderansicht, die die Endflächen-Einstellvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Z-Richtung betrachtet veranschaulicht; 3 ist eine Vorderansicht, die die Endflächen-Einstellvorrichtung aus 2 in Y-Richtung betrachtet darstellt; und 4 ist eine Vorderansicht, die die Endflächen-Einstellvorrichtung aus 2 in X-Richtung betrachtet veranschaulicht.
Ein Y-Achsen-Tisch 1, ein X-Achsen-Tisch 2 und ein Z-Achsen-Tisch 3 sind in dieser Reihenfolge von der Unterseite der Vorrichtung weg bereitgestellt. Jeder Tisch 1, 2 und 3 besteht aus einem oberen Element 1A, 2A, 3A und einem unteren Element 1B, 2B, 3B, und das obere Element und das untere Element können parallel zueinander entlang von Tischschienen 17 bewegt werden. Jeder Tisch ist mit einem Schrittmotor 4 ausgestattet und ein Schneckenaufgabemechanismus ist mit einer Drehwelle des Schrittmotors 4 verbunden. Die oberen und unteren Elemente 1A, 1B; 2A, 2B; 3A, 3B werden parallel zueinander bewegt, indem eine Aufgabeschnecke des Schneckenaufgabemechanismus gedreht wird.
Ein in Z-Achsenrichtung beweglicher Tisch 5 ist auf dem Z-Achsen-Tisch 3 bereitgestellt, und der in Z-Achsenrichtung bewegliche Tisch 5 schließt ebenfalls ein oberes Element 5A und ein unteres Element 5B ein, die parallel zueinander bewegt werden können. Wie in 4 ersichtlich ist, sind eine Feder 20 und eine Federabdeckung 21 in ein röhrenförmiges Federgehäuse 6 eingeführt und intern mit diesem in Kontakt gebracht. Die Federabdeckung 21 ist entlang der Innen umfangsfläche des Federgehäuses 6 verschiebbar. Wenn eine Kraft auf die Federabdeckung 21 ausgeübt wird, zieht sich die Feder 20 zusammen. Vorzugsweise sind ein Solenoid und ein Magnet in einer beweglichen Bühneneinspannvorrichtung 22 aufgenommen, so dass der bewegliche Tisch 5 durch elektrische Betätigung von außen in einer gegebenen Position fixiert werden kann.
Der in Z-Achsen-Richtung bewegliche Tisch 5 stellt einen beweglichen Mechanismus dar, der das Aufbringen einer übermäßigen Last auf die optischen Substrate, wenn sich diese berühren, verhindert, und eine Feder 20 ist ein Mechanismus der verhindert, dass diese Last übermäßig groß wird. Für den in Z-Achsen-Richtung beweglichen Tisch 5 ist kein Zuführmechanismus bereitgestellt. Wenn weder eine Klemme noch eine Feder vorgesehen sind, können die oberen und unteren Element frei bewegt werden. Das Federgehäuse 6 ist durch ein Fixierelement 18 am unteren Element 5B befestigt, während die Federabdeckung 21 durch ein Fixierelement 19 am oberen Element 5A befestigt ist. Wenn in +Z-Achsen-Richtung eine Kraft auf das obere Element 5A ausgeübt wird, bewegt sich das obere Element 5A in Bezug auf das untere Element 5B in +Z-Achsen-Richtung. Dadurch drückt das Fixierelement 19 die Federabdeckung 21 in Richtung der +Z-Achse, so dass sich die Feder zusammenziehen kann. Durch diese Reaktion wird das obere Element 5A durch die elastische Rückstellkraft der Feder in -Z-Achsen-Richtung zusammengedrückt. Die bewegliche Tischeinspannvorrichtung 22 ist am unteren Element 5B befestigt. Wenn die Einspannvorrichtung 22 in einen Einspannzustand gebracht wird, ist die relative positionelle Beziehung zwischen den oberen und unteren Elementen 5A und 5B fixiert.
Eine Drehtisch-Auflagespannvorrichtung 23 ist auf dem Tisch 5 bereitgestellt, und ein θX-Achsen-Tisch 14 ist über eine Halterung 6 an der Einspannvorrichtung 23 angebracht. Der Tisch 14 ist um eine Drehachse 24 in θX-Richtungen frei drehbar. Der Tisch 14 ist mit einer elektromagnetischen Einspannvorrichtung 7 versehen, durch die die Drehachse der Halterung festgeklemmt werden kann, um eine Drehung des Tisches 14 zu verhindern.
Zudem ist ein θY-Achsen-Tisch 15 über ein Lager 8 an einem Endabschnitt der Tisch 14 angebracht. Der Tisch 15 kann in θY-Richtungen frei um eine Drehachse 25 gedreht werden. Der Tisch 15 ist ebenfalls mit einer elektromagnetischen Einspannvorrichtung 7 ausgestattet, durch die die Drehachse des Lagers festgeklemmt werden kann, um eine Drehung des Tisches 14 zu verhindern. Die Drehachsen 24 und 25 gehen an der Endfläche der optischen Faseranordnungseinheit 31 vorbei.
Eine Fixierspannvorrichtung 9 ist auf dem Tisch 15 bereitgestellt, und die optische Faseranordnungseinheit 31 wird von der Fixierspannvorrichtung 9 gehalten. Die 5(a) und (b) zeigen vergrößerte Abschnitte der optischen Faseranordnungseinheit sowie von deren Umgebung. Die optische Faseranordnungseinheit 31 ist in einer Vertiefung 50 der Einspannvorrichtung 9 angeordnet, und ein Fixierstift 16 wird mit einer Seitenfläche der Anordnungseinheit 16 in Berührung gebracht und gegen diese gedrückt, so dass die optische Anordnungseinheit 31 ihre Position nicht verlagern kann. Eine Verweiszahl 42 kennzeichnet eine optische Faser.
Auf dem Tisch 14 angeordnete Elemente können aufgrund ihres Eigengewichts geneigt sein, wenn die elektrostatische Einspannvorrichtung ausgeschaltet ist. Aus diesem Grund wird das Gleichgewicht durch ein Gewicht 13 aufrechterhalten, so dass die Elemente durch die Drehung der Drehwelle 24 nicht geneigt werden.
Andererseits liegt eine . optische Wellenleiterhalterung 41 einer optischen Faseranordnungseinheithalterung 43, die die Einspannvorrichtung 9 einschließt, gegenüber. Wie in 6 ersichtlich ist, ist eine Einspannvorrichtung 12 auf einem oberen Ende der Halterung 41 bereitgestellt, und das optische Wellenleitersubstrat 36 ist in dieser Einspannvorrichtung 12 aufgenommen und durch eine Schraube 40 in seiner Position fixiert. In dieser Ausführungsform sind ein Paar solcher optischen Faseranordnungseinheithalterungen 43A und 43B auf den der Halterung 41 gegenüberliegenden Seiten angeordnet, wie in 7 schematisch dargestellt ist. Ein lichtaussendendes Seitenende 38 des optischen Wellenleitersubstrats 36 wird durch eine Kamera 44 beobachtet, so dass es photographiert werden kann. Die Kamera 44 ist mit einem Fernsehgerät 46 und durch ein Kabel 46 mit einem Steuerelement verbunden.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Ausrichten der optischen Achsen der optischen Fasern mit denen des optischen Wellenleitersubstrats veranschaulicht. Wie in 7 dargestellt ist, liegen die optische Faseranordnungseinheit auf der Lichteinfallsseite, das optische Wellenleitersubstrat und die optische Faseranordnungseinheit auf der Lichtemissionsseite einander gegenüber und ihre optischen Achsen werden nacheinander wie folgt ausgerichtet:

(1) Der Motor 4 und die Einspannvorrichtungen 7 und 22 sind mit dem Steuerelement 47 verbunden, so dass sie auf Basis von externen Signalen B betrieben werden können.
(2) Jede der optischen Faseranordnungseinheiten 31A und 31B auf der Lichteinfalls-bzw. der Lichtemissionsseite ist in der Einspannvorrichtung 9 angeordnet und eine optische Faser auf der Lichteinfallsseite ist mit einer Laserstrahlquelle verbunden, während eine optische Faser auf der Lichtemissionsseite mit einem Lichtintensitätsdetektor verbunden ist.
(3) Das optische Wellenleitersubstrat 36 ist auf der Halterung angeordnet und fixiert.
(4) Die Endflächen 38 und 39 des optischen Wellenleitersubstrats und der optischen Faseranordnungseinheit sind mit einer Abmessungsgenauigkeit von etwa 50 μm bearbeitet worden. Obwohl bei einem Ausmaß von etwa 50 μm ein Fehler zwischen diesen Endflächen auftritt, wenn das optische Wellenleitersubstrat und die optische Faseranordnungseinheit in ihre Anfangspositionen gebracht werden, kann die Endfläche des optischen Wellenleitersubstrats im Wesentlichen der der optischen Faseranordnungseinheit gegenüberliegen.
(5) Die Einspannvorrichtungen sind ausgeschaltet.
(6) Der Schrittmotor 4 des Tisches 3 wird auf der Lichteinfallsseite betrieben, so dass das obere Element 3A in die – Z-Richtung bewegt werden kann, um das optische Wellenleitersubstrat mit der optischen Faseranordnungseinheit in Berührung zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Berührungsdruck, wenn ein Drucksensor einen Kontakt zwischen dem optischen Wellenleitersubstrat und der optischen Faseranordnungseinheit detektiert, zum Zeitpunkt des Kontakts durch die Feder 20 abgeschwächt, um den Druck auf ein geeignetes Ausmaß zu bringen. Dieser Druck ist nicht geringer als der Druck, der erforderlich ist, um ein Drehmoment zum Bewegen der Drehtische 14, 15 zu erhalten, was von der Ebenheit des Lagers 8 und den Abmessungen der Endflächen des optischen Wellenleitersubstrats und der optischen Faseranordnungseinheit abhängig sein kann. Wenn sich die Drehtische 14 und 15 drehen, ändert sich die Richtung der Endfläche der optischen Faseranordnungseinheit. Schließlich wird die Endfläche der optischen Faseranordnungseinheit in paralleler Ausrichtung eng mit dem optischen Wellenleitersubstrat in Kontakt gebracht. In diesem Zustand ist die elektrostatische Einspannvorrichtung 7 jedes Drehtisches arretiert, so dass die Drehtische 14 und 15 durch Fixierung daran gehindert werden können, sich zu drehen. Andererseits wird die Einspannvorrichtung 22 betrieben, um den Tisch 5 zu fixieren.
(7) In Bezug auf die optische Faseranordnungseinheit auf der Lichtemissionsseite werden dieselben Schritte wie bei der Lichteinfallsseite durchgeführt.
(8) Der Schrittmotor 4 des Tisches 3 wird auf der Lichteinfallsseite betätigt, so dass das obere Element 3A in die + Z-Richtung bewegt werden kann. In diesem Zustand entspricht das Ausmaß der Bewegung des oberen Elements 3A, da die Einspannvorrichtung 22 arretiert ist, einem Zwischenraum zwischen der Endfläche des optischen Wellenleitersubstrats und der der optischen Faseranordnung. Obwohl dieser Zwischenraum zwischen den Endflächen auf nicht mehr als 1 μm gesteuert werden muss, kann durch ledigliche Bearbeitung der Außenkontur der Endflächen keine derart hohe Präzisionssteuerung erzielt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch durch die oben angeführten Tische eine Positionsgenauigkeit von 0,1 μm oder weniger erreicht werden, so dass die Endflächen genau parallel zueinander ausgerichtet werden können. Der Zwischenraum zwischen den Endflächen muss in einem Bereich gehalten werden, der das Eintreten von Licht aus der Endfläche der optischen Faseranordnungseinheit in das optische Wellenleitersubstrat zulässt, jedoch eine Berührung zwischen den Endflächen während der Ausrichtung verhindert.
(9) Als nächstes wird der obige Schritt (8) in Bezug auf die Lichtemissionsseite durchgeführt.
(10) Der Schrittmotor 4 des Tisches 2 auf der Lichtemissionsseite wird so bewegt, dass das obere Element 2A in die + X-Richtung bewegt werden kann, um die optische Faseranordnungseinheit und die sie umgebenden Teile in einen Bereich zu bringen, in dem sie die Beobachtung der Endfläche des optischen Wellenleitersubstrats nicht behindern.
(11) Die Fernsehkamera 44 wird in einem Bereich angebracht, von dem angenommen wird, dass darin der optische Wellenleiter an der lichtaussendenden Endfläche des optischen Wellenleitersubstrats vorhanden ist, so dass die Endfläche in einem Blickfeld von etwa 500 μm oder weniger beobachtet werden kann. Wie in 7 durch einen Pfeil gezeigt wird, wird ein von der Fernsehkamera aufgenommenes Bild über das Kabel 45 an das Steuerelement 47 und den Fernseher 46 gesendet. In Anbetracht der Bearbeitungsgenauigkeit ist es ausreichend möglich, den optischen Wellenleiter in dieses Blickfeld zu bringen.
(12) Der mit der optischen Faser in obigem Punkt (2) in Verbindung gebrachte Laserstrahl wird beleuchtet, so dass er durch die optische Faser 49 dringen kann. Die Tische 1 und 2 sowie der Motor 4 werden angetrieben, um die Ausrichtung auf der Lichteinfallsseite durchzuführen. Wenn die Ausrichtung durchgeführt wird, damit das Licht durch den optischen Wellenleiter verlaufen kann, erscheint ein Abschnitt, der dem optischen Wellenleiter entspricht, in dem durch die oben unter Punkt (11) eingestellte Fernsehkamera aufgenommenen Bild als hell erleuchteter Abschnitt.
(13) Der Tisch auf der Lichtemissionsseite wird in die Position von Punkt (9) vor der Bewegung zurückgebracht.
(14) Die Tische 1 und 2 sowie der Motor 4 werden bewegt, um die Ausrichtung der optischen Achsen auf der Lichtemissionsseite durchzuführen. Wenn die Ausrichtung vorgenommen wird, damit das Licht durch das optische Substrat dringen kann, erhöht sich das Ausgangssignal des Lichtintensitätsdetektors 48, der in obigem Schritt (2) mit der optischen Faser verbunden worden ist. Die Tische 1 und 2 sind so eingestellt, dass sie eine maximale Leistung erzeugen. Durch die oben angeführten Schritte wird die Einstellung der Verbindung zwischen der optischen Faser und dem optischen Wellenleiter beendet, so dass das Licht durch die optische Faser und das optische Wellenleitersubstrat dringen kann.
(15) Ein Kleber (z.B. ein UV-härtbarer Kleber) zum Verkleben des optischen Wellenleitersubstrats und der optischen Faseranordnung wird tropfenweise auf die zu verklebenden Endflächen aufgetragen.
(16) Der Motor 4 auf der Lichteinfallsseite wird bewegt, so das der Zwischenraum zwischen der Endfläche der optischen Faseranordnungseinheit und dem optischen Wellenleitersubstrat auf ein bestimmtes Ausmaß eingestellt werden kann. Das Bewegungsausmaß dieses Schritts hängt von dem in obigem Schritt (8) ab. Der Zwischenraum zwischen den Endflächen wird durch die Art des Harzes, die Materialien des optischen Wellenleiters und die optische Faseranordnungseinheit, etc. bestimmt.
(17) Derselbe Vorgang wie bei Schritt (16) oben wird in Bezug auf die Lichtemissionsseite durchgeführt.
(18) Wenn der Kleber aufgetropft wird und der Zwischenraum zwischen den Endflächen eingestellt wird, verändert sich der Lichtdurchdringungszustand geringfügig. Das heißt, die Ausrichtung erfolgt durch Antreiben der Tische 1, 2 und des Motors 4 auf der Lichteinfallsseite, so dass der Ausgang vom Lichtintensitätsdetektor maximal sein kann.
(19) Derselbe Schritt wie bei (18) oben wird in Bezug auf die Lichtemissionsseite durchgeführt.
(20) Der Kleber wird gehärtet.
(21) Die optischen Faseranordnungseinheiten und das optische Substrat werden von den Halterungen entfernt.

Das folgende Verfahren kann alternativ anstelle des obigen Verfahrens verwendet werden.
Die Einspannvorrichtung 23, das Lager 8 und die Drehtische 14, 15 sind aus der Ausrichtungsvorrichtung der 2 bis 7 entfernt. Statt dessen sind zwei automatische Drehtische, deren Drehwinkel elektrisch gesteuert werden können, bereitgestellt, und die optische Faseranordnungseinheit ist auf dieselbe Art wie oben auf den automatischen Drehtischen angeordnet. Automatische Drehtische dieser Art sind bekannt. Eine dieser automatischen Drehtische besitzt eine Drehachse 25 und die andere eine Drehachse 24. Um eine Oberfläche und eine Seitenfläche einer Lichteinfallsendfläche zwischen der optischen Faseranordnungseinheit auf der Lichteinfallseinheit und dem optischen Wellenleitersubstrat zu beobachten, ist ein Fernsehgerät angeordnet. Ähnlich ist auch ein Fernsehgerät angeordnet, um eine Oberfläche und eine Seitenfläche einer Lichtemissionsendfläche zwischen der optischen Faseranordnungseinheit auf der Lichtemissionsseite und dem optischen Wellenleitersubstrat zu beobachten. Ein Computer ist bereitgestellt, um die Ausgangsbilder dieser Kameras zu verarbeiten.
Die Ausrichtung erfolgt durch die oben angeführten Schritte (1) bis (4). Ohne Durchführung der Schrite (5) bis (7) werden statt dessen die folgenden Schritte ausgeführt:

(5') In Bezug auf die Abbildung der Oberfläche auf der Lichteinfallsseite wird eine Binärkodierung und Randdetektion durchgeführt, so dass Neigungswinkel der Endfläche des optischen Weflenleitersubstrats sowie der der optischen Faseranordnungseinheit in Bezug auf die Y-Richtung gemessen werden.
(6') Während die Detektion in Schritt (5') oben ausgeführt wird, wird eine der automatischen Drehtische um die Drehachse 25 gedreht, so dass der Neigungswinkel der optischen Faseranordnungseinheit in Bezug auf die Y-Richtung mit dem des optischen Wellenleitersubstrats zusammenfallen kann.
(7') In Bezug auf die Abbildung der Seitenfläche auf der Lichteinfallsseite wird eine Binärkodierung und Randdetektion durchgeführt, so dass die Neigungswinkel der Endfläche des optischen Wellenleitersubstrats sowie der der optischen Faseranordnungseinheit in Bezug auf die X-Richtung gemessen werden.
(8') Während die Detektion in obigem Schritt (7') durchgeführt wird, wird eine der automatischen Drehtische um die Drehachse 24 gedreht, so dass der Neigungswinkel der optischen Faseranordnungseinheit in Bezug auf die X-Richtung mit dem des optischen Wellenleitersubstrats zusammenfällt.
(9') In Bezug auf die Lichtemissionsseite werden dieselben Schritte (5') bis (9') durchgeführt, um die Parallelität zwischen den Endflächen auf der Lichtemissionsseite einzustellen.
(10') Die Einspannvorrichtung 22 ist ausgeschaltet.
(11') Der Motor 4 des Tisches 3 auf der Lichteinfallsseite wird bewegt, so dass das obere Element 3A in die – Z-Richtung bewegt werden kann, um die Endfläche des optischen Wellenleiters mit der der optischen Faseranordnungseinheit in Berührung zu bringen. Der bewegliche Tisch 5 ist notwendig, um ein Brechen der optischen Teile aufgrund der Ausübung einer übermäßigen Belastung auf die Teile während der Berührung zu verhindern. Hierbei ist die Einspannvorrichtung 22 arretiert, um das obere Element 5A und das untere Element 5A auf dem beweglichen Tisch 5 zu fixieren.
(12') In Bezug auf die Lichtemissionsseite wird derselbe Vorgang wie in Schritt (11') durchgeführt.

Anschließend können der Ausrichtungsschritt (8) bis hin zum Verklebungsschritt (21) durchgeführt werden.
Bei der obigen Ausführungsform wurden der Winkel der Endfläche der optischen Faseranordnungseinheit und der der Endfläche des optischen Wellenleitersubstrats durch Bildverarbeitung ermittelt.
8 ist ein Draufsicht zur Veranschaulichung eines optischen Wellenleitersubstrats 54 und eines Paars optischer Faseranordnungseinheiten 53A und 53B. Dieses optische Wellenleitersubstrat 54 ist mit einem so genannten Y-förmigen verzweigten optischen Wellenleiter 56 versehen. Der optische Wellenleiter 56 schließt einen einzelnen optischen Wellenleiterabschnitt 56a und zwei optische Wellenleiterabschnitte ein, die sich von einem Ende des Abschnitts 56a über einen Y-förmigen verzweigten Abschnitt teilen. Eine gegebene Signalspannung kann über eine Steuerungselektrode 55 an jeden der optischen Wellenleiterabschnitte 56b angelegt werden.
Jede eines Paars an optischen Faseranordnungen 53A und 53B ist durch mechanische Bearbeitung mit einer V-Rille (Führungsrille) versehen. Zwei optische Fasern 49 werden in der optischen Faseranordnungseinheit 53A gehalten und sind mit den jeweiligen optischen Wellenleiterabschnitten 56b gekoppelt. Eine weitere optische Faser 49 wird von der anderen optischen Faseranordnungseinheit 53B gehalten und ist mit dem optischen Wellenleiterabschnitt 56a gekoppelt. In dieser Ausführungsform ist ein Polarisator 57 auf dem optischen Wellenleiterabschnitt 56a ausgebildet, so dass nur der Lichtanteil, der in die durch die optische Faseranordnungseinheit 53B gehaltene optische Faser 49 eintritt, die eine spezifische Polarisationsrichtung aufweist, durch die optischen Wellenleiterabschnitte 56b verlaufen kann und von den Elektroden 55 moduliert werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Endfläche 54a des optischen Wellenleitersubstrats 54 mit der Endfläche 53a jeder optischen Faseranordnungseinheit 53A und 53B gekoppelt sein, während die Parallelität zwischen den Endfläche verbessert wird.
Wie oben angeführt worden ist, können die Endflächen der optischen Substrate gemäß der Ausrichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit extrem hoher Präzision automatisch ausgerichtet werden.

Claims

Vorrichtung zum Einstellen der Parallelität von Endflächen (39) einer Vielzahl optischer Substrate (36), umfassend eine Halterung (9) zum Halten eines jeden der optischen Substrate, und einen Bewegungsmechanismus (14) zum Bewegen zumindest eines der optischen Substrate, wodurch einander gegenüberliegende Endflächen der optischen Substrate einander berühren, worin zumindest eines der Substrate drehbar auf einer Drehbühne (14) in der Vorrichtung gehalten werden kann, und die Endflächen durch Drehung parallel zueinander ausgerichtet werden, indem ein Kontaktdruck auf die optischen Substrate in einer Kontaktbewegungsrichtung ausgeübt wird, gekennzeichnet durch einen Druckdetektor, der eine Schwankung im Berührungsdruck detektiert, wenn die einander gegenüberliegenden Endflächen der optischen Substrate miteinander in Kontakt gebracht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiters umfassend einen Gleitmechanismus und einen Klemmmechanismus, worin, wenn die einander gegenüberliegenden Endflächen der optischen Substrate miteinander in Kontakt gebracht werden, der Gleitmechanismus es ermöglicht, dass die Halterung in einer Richtung gleitet, in der eine Belastung auf die Halterung ausgeübt wird, so dass das Ausüben einer Überlast auf die optischen Substrate verhindert wird und der Klemmmechanismus den Gleitmechanismus nach dem Gleiten der Halterung fixiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das drehbar haltbare optische Substrat von zwei Sätzen Drehbühnen drehbar getragen wird, wobei die zwei Sätze Drehbühnen frei drehbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, worin ein Drehmittelpunkt einer jeden der Drehbühnen im Wesentlichen mit der Endfläche des drehbar haltbaren optischen Substrats zusammenfällt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin ein Gewicht auf einer Seite bereitgestellt wird, die dem drehbar haltbaren optischen Substrat vom Drehmittelpunkt eines jeden der optischen Substrate aus gesehen gegenüber liegt, wobei das Gewicht die Drehbühnen im Gleichgewicht hält, wenn sich die Drehbühnen in einem stationären Zustand befinden.
Verfahren zum Einstellen der Parallelität von Endflächen einer Vielzahl optischer Substrate, worin eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eingesetzt wird, um auf die Substrate Berührungsdruck auszuüben.