JP2003158336A - 光素子モジュールの組立装置および組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エタロンの搭載角度を精度良く調整可能な光素
子モジュールの組立装置を提供する。 【解決手段】レーザーダイオードから出射したレーザ光
の波長を測定して該波長を所定の波長に調整する波長調
整制御手段と、エタロンを把持しながらエタロンの角度
を変化させて受光素子の出力電流の変化を測定し、該出
力電流の変化より目標値を定め、エタロンの角度を調整
して受光素子の出力電流を目標値にするエタロン搭載角
度調整手段とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，半導体レーザを
用いた光通信用の光素子モジュール、特にエタロンと受
光素子で構成される波長モニタ機構を備えた光素子モジ
ュールを対象とし、エタロンの角度と位置を決める光素
子モジュールの組立装置および組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年光ファイバによる通信に対する需要
は年々増加しており、伝送容量の大容量化に対する要求
が高まっている。このような要求に応えるため、波長の
異なる複数の光信号を合成して一本の光ファイバで伝送
する波長多重方式による伝送システムが用いられてい
る。波長多重方式の伝送システムにおいて用いられる波
長はＩＴＵ（International Telecommunication Unio
n）の勧告により標準化されており、ＩＴＵグリッドと
呼ばれている。高密度な波長多重システムを実現するた
めには、光素子モジュールに含まれる半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）の発振波長を安定化する必要があるが、現在いくつ
かの波長安定化の手法が提案されている。その中でも光
素子モジュール内部に波長モニタ機構を内蔵したものと
して、特開２０００−５６１８５号公報の光素子モジュ
ールが挙げられる。

【０００３】また、この種の光部品を接着や半田付けな
どの方法でモジュール内部に固定する場合，固定時に部
品全体を加熱する必要があるが、このときに発生する熱
変形の影響で部品の位置や角度が固定時に変位すること
が考えられるため、この種の部品を組み立てる装置にお
いては何らかの方法で固定時の位置変位や角度変位を抑
制することが必要になる。例えば熱膨張の影響を受けな
い素子搭載装置の例として特開平１１−２０４９９４号
公報が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が対象とする光
素子モジュールは、エタロンを透過したレーザ光の強度
をＰＤでモニタする事により、レーザ光の波長変動を検
出する。エタロンの特性は、エタロンに対するレーザ光
の入射角度に応じて変化するため、エタロン搭載工程に
おいては、エタロンの角度調整を行い，エタロンの特性
が所望の値に合致する状態にする必要がある。このエタ
ロンの角度調整は、一定の範囲内でエタロンの角度を変
化させながらＰＤの出力を測定し、測定された結果に基
づき最適なエタロンの角度を決定する必要があるが、こ
の作業は測定するデータ数が多いことに加え、微細な位
置決めを必要とするため、組立工程の合理化を図るため
には、エタロン角度調整の自動化が必要になる。

【０００５】また、本発明が対象とする光素子モジュー
ルでは、エタロンの温度が変化するとエタロン自体の光
学的特性が変化するため、エタロン角度調整を行う際の
エタロンの温度Ｔ１と、エタロンを半田付けや接着など
の方法でステムと呼ばれる基板上に固定した後のエタロ
ンの温度Ｔ２とが異なる場合は、結果的に期待された性
能が得られない。すなわち、エタロンの角度調整を行う
際には、エタロンの温度が前記Ｔ２と一致するように保
つ必要があるが、従来の部品把持機構では部品の温度を
任意の温度に設定することは困難である。

【０００６】また、例えば半田付けで部品を固定する際
には、部品全体を加熱し、半田溶融後に冷却することが
必要となるが、この過熱・冷却の際に部品および部品把
持部に熱変形が発生し、部品固定中に部品間に応力が発
生し、固定後の部品の位置や角度のずれが発生してしま
う。この加熱冷却時の熱変形は部品把持部や部品搭載部
のみならず、被接合部品にも発生する。すなわち、部品
把持機構や搭載部の構造的な対策だけでは被接合部品自
体の変形による影響は除外できない。この様な部品搭載
時に発生する位置ずれや角度ずれは特にエタロンのよう
な光学部品を固定する際の問題となっていた。

【０００７】本発明の目的は、エタロンの搭載角度を精
度良く調整可能な光素子モジュールの組立装置および組
立方法を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、エタロンの搭載角度
を調整する際のエタロン温度の調整可能な光素子モジュ
ールの組立装置および組立方法を提供することにある。

【０００９】本発明のさらに他の目的は、エタロンの搭
載角度を調整した後のステム上への有効な固定が可能な
光素子モジュールの組立装置および組立方法を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザーダイ
オードと、該レーザーダイオードから出射したレーザ光
に含まれる特定の波長成分を選択的に透過するように配
置されたエタロンと、該エタロンを透過する光が入射す
るように配置された受光素子とを、ステム上に搭載する
光素子モジュールの組立装置であって、前記レーザーダ
イオードから出射したレーザ光の波長を測定して該波長
を所定の波長に調整する波長調整制御手段と、前記エタ
ロンを把持しながら前記エタロンの角度を変化させて前
記受光素子の出力電流の変化を測定し、該出力電流の変
化より目標値を定め、前記エタロンの角度を調整して前
記受光素子の出力電流を前記目標値にするエタロン搭載
角度調整手段とを備えたことを特徴とする光素子モジュ
ールの組立装置である。

【００１１】本発明は、レーザーダイオードと、該レー
ザーダイオードから出射したレーザ光に含まれる特定の
波長成分を選択的に透過するように配置されたエタロン
と、該エタロンを透過する光が入射するように配置され
た受光素子とを、ステム上に搭載する光素子モジュール
の組立装置であって、前記レーザーダイオードから出射
したレーザ光の波長を測定して該波長を所定の波長にな
るように前記レーザーダイオードの温度を調整する波長
調整制御手段と、前記レーザーダイオードの温度から前
記エタロンの温度目標値を定め、エタロン把持部で把持
された前記エタロンの温度が前記温度目標値になるよう
に前記エタロンの温度を調整するエタロン温度調整制御
手段と、前記エタロンの角度を変化させて前記受光素子
の出力電流の変化を測定し、該出力電流の変化より第１
目標値を決め、前記エタロンの角度を調整して前記受光
素子の出力電流を前記第１目標値にするエタロン搭載角
度第１調整手段と、前記レーザーダイオードの温度を変
化させて前記受光素子の出力電流の変化を測定し、該出
力電流の変化より第２目標値を決め、前記エタロンの角
度を調整して前記受光素子の出力電流を前記第２目標値
にするエタロン搭載角度第２調整手段とを備えたことを
特徴とする光素子モジュールの組立装置である。

【００１２】本発明は、前記エタロンの角度を微調整し
た後、前記エタロンを前記ステム上に固定する際に前記
エタロンに荷重をかけて該荷重を検出し、該荷重がなく
なるように前記エタロンの位置を制御するエタロン位置
制御手段を備えたことを特徴とする光素子モジュールの
組立装置である。

【００１３】本発明は、レーザーダイオードと、該レー
ザーダイオードから出射したレーザ光に含まれる特定の
波長成分を選択的に透過するように配置されたエタロン
と、該エタロンを透過する光が入射するように配置され
た受光素子とを、ステム上に搭載する光素子モジュール
の組立方法であって、前記レーザーダイオードから出射
したレーザ光の波長を測定して該波長を所定の波長に調
整し、前記エタロンを把持しながら前記エタロンの角度
を変化させて前記受光素子の出力電流の変化を測定し、
該出力電流の変化より目標値を定め、前記エタロンの角
度を調整して前記受光素子の出力電流を前記目標値にす
ることを特徴とする光素子モジュールの組立方法であ
る。

【００１４】本発明は、レーザーダイオードと、該レー
ザーダイオードから出射したレーザ光に含まれる特定の
波長成分を選択的に透過するように配置されたエタロン
と、該エタロンを透過する光が入射するように配置され
た受光素子とを、ステム上に搭載する光素子モジュール
の組立方法であって、前記レーザーダイオードから出射
したレーザ光の波長を測定して該波長を所定の波長にな
るように前記レーザーダイオードの温度を調整し、前記
レーザーダイオードの温度から前記エタロンの温度目標
値を定め、エタロン把持部で把持された前記エタロンの
温度が前記温度目標値になるように前記エタロンの温度
を調整し、前記エタロンの角度を変化させて前記受光素
子の出力電流の変化を測定し、該出力電流の変化より第
１目標値を決め、前記エタロンの角度を調整して前記受
光素子の出力電流を前記第１目標値にし、前記レーザー
ダイオードの温度を変化させて前記受光素子の出力電流
の変化を測定し、該出力電流の変化より第２目標値を決
め、前記エタロンの角度を調整して前記受光素子の出力
電流を前記第２目標値にすることを特徴とする光素子モ
ジュールの組立方法である。

【００１５】本発明は、前記エタロンの角度を微調整し
た後、前記エタロンを前記ステム上に固定する際に前記
エタロンに荷重をかけて該荷重を検出し、該荷重がなく
なるように前記エタロンの位置を制御することを特徴と
する光素子モジュールの組立方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明による光素子モジュ
ールの組立装置の実施の形態の全体構成を示す図であ
り、図２は図１の光素子モジュールの組立装置の動作フ
ローを示す図である。まず、本発明による光素子モジュ
ールの組立装置によって組み立てられるエタロンを用い
た光素子モジュールの構成及び動作原理を、図３〜図６
を用いて説明する。

【００１７】図３は光素子モジュールの構成を示す外観
図である。光素子モジュールにはパッケージ１００の内
部にステム３５と呼ばれる小基板が搭載されており、ス
テム３５には半導体レーザ（以下ＬＤという）３０が搭
載されている。図４は図３のステム３５上に搭載される
部品の配置と、ＬＤ３０から出射するレーザ光の光路を
示す図である。ＬＤ３０より前方（図では右方向）に出
射されたレーザ光は前方レンズ３８で平行光となり、光
アイソレータ（図示せず）を透過後、第二レンズ３９に
て集光され光ファイバ４０の先端に入射し、通信用に使
われる。

【００１８】この光の波長を安定化するため、ＬＤ３０
の後方（図では左方向）に波長モニタ光学系が付加され
ている。なお、ＬＤ３０と後方光学系はステム３５上に
位置決めされ、半田付け，溶接，接着などの方法で固定
される。ＬＤ３０から後方に出射したレーザ光は後方レ
ンズ３６で平行光に変換され、ビームスプリッタ３７で
反射光４２と透過光４３に分割される。反射光４２の光
量を測定するために、反射光４２が入射する位置に第一
受光素子（ＰＤ１）３２が配置される。一方、ビームス
プリッタ３７を透過した透過光４３はエタロン３１を透
過後、波長変動を検出するための第二受光素子（ＰＤ
２）３３に入射する。

【００１９】なお、ステム３５の裏面には先ずペルチェ
素子（図示せず）が半田付け固定され、その後ペルチェ
素子裏面がパッケージ１００に半田付け固定され、パッ
ケージ１００内に密封される。ＬＤ３０の近傍に固定さ
れた温度センサ（図示せず）で測定された温度データを
基にペルチェ素子に流す電流を制御することによりＬＤ
３０の温度を所定の温度に保つことができる。

【００２０】図５に示すように、エタロン３１の入射面
４４と出射面４５は高い平行度と平面度を持つ平行平板
を形成し、平行平板の両面にはある反射率を持つ半透明
膜でコーティングされている。エタロン３１の両端面は
ファブリペロー型の干渉計を構成し、波長選択透過型の
フィルタとなる。すなわち入射光４６に含まれる特定の
波長帯域の光が選択的に透過されて透過光４８となる。
このときエタロン３１を透過する光の波長はエタロン内
部の光路４７の長さに応じて変動するため、入射角４９
を変動させることによってエタロン３１のフィルタとし
ての特性を変動させることが可能となる。

【００２１】エタロン３１を透過した光は図４の（ＰＤ
２）３３に入射し、（ＰＤ２）３３に流れるＰＤ２電流
を測定することにより光量が測定される。図６に示すよ
うに、ＰＤ２電流はエタロンに入射する光の波長変化に
伴って一定の周期を持つＰＤ２電流カーブ５０となる。
このため、安定化を希望する波長付近、例えばロック点
５１の近傍で波長の変動をモニタすることが可能とな
る。図７はＬＤ３０から出射するレーザ光の波長を一定
に保った状態でエタロンに対するレーザ光の入射角を変
化させたときの入射角とＰＤ２電流との関係を表してい
る。入射光の入射角度が変化するとＰＤ２電流は複数の
極大点を持つ波形を形成するが、その波形はエタロンに
対してレーザ光が直角に入射する点、すなわち入射角が
０°の点を中心として対称となる。

【００２２】以下の説明ではこのときのＰＤ２出力の描
く曲線の極大点をピーク、極小点をボトムと呼ぶ。この
ようにして検出された複数のピークの中でＰＤ２電流値
が最大になる点を第一ピーク５３、第一ピークの外側の
ボトムを第一ボトム５４と呼ぶ。ＰＤ２電流が第一ピー
ク電流と第一ボトム電流の例えば２分の１となる点５５
にエタロンの角度を固定する。この状態で波長を変化さ
せると、波長とＰＤ２電流の関係は図６のようになり、
波長ロック点５１にてＰＤ２電流カーブ５０のほぼ中心
に相当する波長ロックＰＤ電流５２が一定になるように
ステムの温度を制御することにより、ＬＤから出射する
レーザ光の波長を安定化することができる。

【００２３】図１は本発明による光素子モジュール組立
装置の実施の形態の全体構成を示す図である。光素子モ
ジュールの組立装置は、パッケージ１００をセットする
パッケージ供給部４、ＰＤを把持し位置決めするＰＤ把
持部２、エタロンを把持し位置決め調整を行うエタロン
把持部１と、エタロン把持部１を移動してエタロンの位
置を決めるエタロン位置決め部３と、エタロン把持部１
にあってエタロンの温度調整を行う温調機構部５と、エ
タロンをはんだ付け固定する際に荷重制御を行う荷重検
出部６と、パッケージ１００の前方からのレーザ光を検
出しレーザ光の波長を測定する為の前方光波長検出部
７、エタロンをはんだ付け固定する際にはんだを供給す
るはんだ吸着搭載部８と、はんだ付け固定の際にエタロ
ン搭載個所の近傍を局所的に加熱する為の光ビーム照射
部９と、上方よりＰＤ１及びＰＤ２を溶接固定する為の
ＹＡＧレーザ溶接部１０から成る。

【００２４】また、光素子モジュールの組立装置の制御
システムは、全体の動作を制御する制御部１１と、光素
子モジュール内のＬＤに電流を供給しＬＤを発光させる
為のＬＤ駆動部１２と、前記温調機構部５を駆動しエタ
ロンの温度調整を行う為の温調制御器１３と、前記前方
光波長検出部７に入射したレーザ光の波長を測定する為
の波長測定器１４と、ＰＤの光軸調整時およびエタロン
角度調整時にＰＤに流れる電流を測定しＰＤに入射する
レーザ光の光量を測定する為のＰＤ出力測定器１５と、
前記光ビーム照射部９に光ビームを供給する為の光ビー
ム出射器１６と、前記ＹＡＧレーザ溶接部１０にＹＡＧ
レーザを供給する為のＹＡＧレーザ発振器１７から構成
される。

【００２５】図２は図１の光素子モジュールの組立装置
の動作フローを示す図である。光素子モジュールの組立
装置の動作は、最初に自動原点出しを行い原点位置の確
認をする（Ｓ２００）。続いてパッケージ、エタロン、
はんだ、ＰＤ１、ＰＤ２の各部品を人手により供給し
（Ｓ２０１）、自動運転をスタートさせる（Ｓ２０
２）。自動運転動作では先ずＰＤ２を搬送位置決めし
（Ｓ２０３）、光素子モジュール内のＬＤを駆動させ
（Ｓ２０４）、ＰＤ２に入射する光量が最大となる位置
にＰＤ２を位置決めすることによりＰＤ２の光軸調整を
行う（Ｓ２０５）。続いて光軸調整が完了したＰＤ２を
ＹＡＧレーザで溶接固定し（Ｓ２０６）、ＰＤ２の組立
を完了する。

【００２６】次にエタロンを搬送位置決めし（Ｓ２０
７）、ＬＤ温度調整を開始し（Ｓ２０８）、前方出力波
長がＩＴＵグリッド波長に合うようにステム裏面に固定
されたペルチェ素子を駆動することによりＬＤの温度を
調整しＬＤ発振波長を調整する（Ｓ２０９）。ＬＤの温
度が決定したら，後述する方法でエタロンの温度を決定
し、エタロンの温度調整を行う（Ｓ２１０）。続いてエ
タロンを回転させることにより角度調整を行い、後述す
る方法で搭載位置を決定する（Ｓ２１１）。

【００２７】エタロンの温度調整、搭載角度調整が完了
したら一度エタロンを待避し、ＬＤの駆動をＯＦＦして
（Ｓ２１２）、はんだを供給する（Ｓ２１３）。その後
再度、エタロンを搭載位置へ位置決めし（Ｓ２１４）、
光ビーム照射部７をエタロン上方へ移動位置決めする
（Ｓ２１５）。続いて光ビームでエタロン近傍を加熱す
ることにより半田付けを実行する（Ｓ２１６）。なお、
半田付け時には後述する方法で被接合部品間に荷重がか
からないようにエタロンの位置を補正する。

【００２８】次にＰＤ１を搬送位置決めし（Ｓ２１
８）、光素子モジュール内のＬＤを駆動させ（Ｓ２１
９）、ＰＤ１の光軸調整を行う（Ｓ２２０）。光軸調整
が完了したらＬＤの駆動をＯＦＦし（Ｓ２２１）、続い
てＰＤ１をＹＡＧレーザで溶接固定し（Ｓ２２２）、Ｐ
Ｄ１の組立を完了する。以上で各部品の調整固定を完了
し各ステージを待避させ（Ｓ２２３）、パッケージを取
り外し（Ｓ２２４）、一連の動作を完了する。繰り返し
組立を行う際はへ戻り以降同様に継続する（Ｓ２２
５）。

【００２９】図８は図１のエタロン把持部１及び温度調
整部５などの構成を示す図である。左右対称に配置され
たエタロン把持爪７０は断熱連結ブロック７４及び平行
開閉爪７７を介して平行開閉機構部７６に接続される。
平行開閉機構部７６は空気圧で作動し、平行開閉爪７７
を左右に開閉させることができる。エタロン把持爪７０
の温度を調整するためにエタロン把持部ペルチェ素子７
１と、ペルチェ素子７１から発生する熱を効率よく放出
するために放熱フィン７２が配置されており、またエタ
ロン把持爪７０の先端の温度を測定するためにエタロン
把持爪７０の先端部には熱伝対７９が埋め込まれてい
る。

【００３０】ペルチェ素子７１と熱伝対７９は温度調整
器８１に接続されている。温度調整器８１は、熱伝対７
９で測定される温度が所定の温度目標値になるようにペ
ルチェ素子７１に流す電流を制御する。また、エタロン
把持爪７０は熱膨張率が小さい金属で構成され、断熱連
結ブロック７４は熱伝導率が小さく且つ熱膨張率が小さ
い合成樹脂やセラミクスで構成される。

【００３１】次に図９のフロー図を用いてエタロンの搭
載角度を自動的に決定する方法について説明する。まず
角度調整時のエタロンの温度を決定するために、あらか
じめ組立が完了した光素子モジュールを動作状態にし、
ＬＤの温度とエタロン表面の温度との関係を実測で求め
ておく。エタロンの角度を調整する際には、この関係に
基づいてエタロンの温度目標値を設定し、エタロン把持
部で把持されたエタロンの表面の温度が目標温度に一致
するように温度を調整する（Ｓ３０１）。次にエタロン
の角度をあらかじめ設定された範囲で変動させながら、
ＰＤ２電流を測定し記録する（Ｓ３０２）。ここで測定
されたＰＤ２の波形の中心を求め（Ｓ３０３）、つぎに
第一ピークと第一ボトムの位置を決定する（Ｓ３０
４）。このときの第一ピークにおけるＰＤ２電流と第一
ボトムにおけるＰＤ２電流の平均値を計算し、この値を
ＰＤ２出力の仮の目標値とする（Ｓ３０５）。

【００３２】次にエタロンの角度を第一ピークと第一ボ
トムの中央付近に位置決めし、このときのＰＤ２出力と
仮の目標値とを比較する（Ｓ３０６）。両者の差が大き
い時はエタロンの角度を再度微調整し（Ｓ３０７）、再
度ＰＤ２出力を測定し、目標値との比較を行い（Ｓ３０
６）、両者の差が充分小さくなるまで繰り返す。

【００３３】ここでＬＤの温度を変動させることにより
出射光の波長を変動させた時のＰＤ２出力の変動を測定
し、ＰＤ２出力の最大値および最小値を求める（Ｓ３０
８）。この最大値と最小値の平均を真の目標値とする
（Ｓ３０９）。次にＬＤ温度を基に戻し（Ｓ３１０）、
ＰＤ２出力と真の目標値とを比較し（Ｓ３１１）、両者
が異なっていればエタロン角度を微調整し（Ｓ３１
２）、ＰＤ２出力が真の目標値と一致するまで繰り返
す。

【００３４】ＰＤ２出力値が真の目標値と一致したら、
エタロン把持部の温度が設定温度になっているかどうか
を確認し（Ｓ３１３）、設定温度に到達していなければ
Ｓ３１１に戻る。エタロン把持部の温度調整が完了して
いれば、エタロン把持部のチャックの温度調整を停止し
（Ｓ３１４）、エタロン角度調整を完了する。

【００３５】次に図１０を用いて、エタロン角度を変動
させたときのＰＤ２出力の波形から第一ピークと第一ボ
トムの位置を決定する方法について説明する。エタロン
のわずかな寸法のばらつきや、エタロンを把持した時の
わずかな傾きによって、エタロン角度を変化させたとき
のＰＤ２出力の波形のパターンは変化するが、その代表
的なものを図１０に示す。なお、エタロン角度を変化さ
せたときのＰＤ２出力の波形は入射角が０°になる点を
軸として線対称になっているため、ここではグラフ上で
対称軸の右側のみについて考えることにする。

【００３６】まず，ＰＤ２出力波形のパターンを解析
し、波形の対称軸となる位置を決定する。次に対称軸の
位置から右側に数えて最初のピークをＰ１、その右隣の
ピークをＰ２とする。Ｐ１におけるＰＤ２電流がＰ２に
おけるＰＤ２電流よりも大きい場合はＰ１を第一ピーク
とし、逆にＰ１におけるＰＤ２電流がＰ２におけるＰＤ
２電流よりも小さい場合はＰ２が第一ピークとする。ま
た、第一ピークの右側直近のボトムを第一ボトムとす
る。このようにすれば、ＰＤ２出力の波形がどのパター
ンになったときにも第一ピークと第一ボトムの位置を一
意に決定することができる。

【００３７】次に図１１を用いてエタロンをステムに半
田付け固定時の荷重制御の動作フローを説明する。まず
図１のエタロン位置決め部３を駆動し、把持状態のエタ
ロンの底面がステム上に置かれた半田ペレットの表面に
接する位置に位置決めする。次にエタロンと半田、ある
いは半田とステムの間の熱抵抗を低減させるために、エ
タロンとステムの間に荷重をかける。具体的には、エタ
ロンにかかる垂直方向の荷重を荷重検出部６で測定しな
がらエタロン位置決め部３を駆動し、エタロンをステム
側に押し付ける（Ｓ４０１）。検出された荷重があらか
じめ設定された値に到達した時点でエタロン位置決め部
３を停止する。こうすることによってエタロンとステム
と半田が均等に加熱され、良好な接合状態が得られる。

【００３８】次に光ビーム照射部９をエタロン上方に位
置決めし、エタロンに対して光ビームを照射することに
よりエタロンとステムの接合面を局所的に加熱する（Ｓ
４０２）。加熱を開始すると，エタロン把持部，エタロ
ン，ステムなどに熱変形が発生するため，荷重が増減す
る。本実施の形態の組立装置の場合は過熱を開始すると
荷重が増加する方向に変動するが、エタロン把持部の構
造や、各部の熱伝導率，線膨張係数の組合せによっては
加熱時に荷重が減少することも起こり得る。

【００３９】加熱時に荷重が増加する場合はエタロンを
一定ピッチで上昇させ、荷重が減少する場合はエタロン
を一定ピッチで下降させ、結果的にエタロンとステム間
に働く力が一定になるように制御する（Ｓ４０３，Ｓ４
０４）。加熱開始後しばらくして半田が溶融するとエタ
ロンにかかる荷重が急激に減少し、荷重がまったくかか
らない状態になるため，エタロンにかかる荷重を監視す
ることにより半田の溶融を検知することができる（Ｓ４
０５）。半田溶融を検知した後、あらかじめ設定された
時間だけ経過したら（Ｓ４０６）、光ビーム照射をＯＦ
Ｆすることにより加熱を停止する（Ｓ４０７）。

【００４０】加熱を停止すると同時に、エタロン及び半
田の近傍の温度が低下し始め、半田の温度が半田の融点
以下になった時点で半田が凝固し始める。この過程で、
半田凝固に伴う半田の体積の変動や、エタロンやステム
及びエタロン把持部の温度が低下することに伴う熱変形
に伴い、エタロンとステムの間に応力が発生し、再度荷
重が増減し始める。このときの荷重変動を荷重検出部で
検出し、荷重が減少する場合はエタロン把持部の位置を
下降させ、逆に荷重が増加する場合はエタロン把持部の
位置を上昇させることによりエタロンとステムの間に荷
重をゼロに保つように制御する（Ｓ４０８，Ｓ４０
９）。エタロン及びステムの温度が予め設定した温度ま
で下降したことを確認したら（Ｓ４１０）、半田の凝固
が充分に完了したと考えられるので、エタロン把持部の
チャックを開放し（Ｓ４１１）、半田付けを終了する。

【００４１】以上の動作フローで半田付けを行う際にエ
タロンにかかる荷重の変動を、図１２と図１３を用いて
説明する。図１２は荷重制御を行わない場合の荷重の変
動であり、図１３は荷重制御を行った場合の荷重の変動
をあらわしている。図１２および図１３ではエタロンを
ステムに押し付ける向き、即ちエタロンに対して上向き
の荷重を正，逆にエタロンに対して下向きの荷重を負と
している。また、これらの図の左端の点９０はエタロン
を半田上に押し付ける工程（Ｓ４０１）が完了した点を
表しており、この時点で既に正方向の予め設定された荷
重が発生している。

【００４２】荷重制御を行わない場合（図１２）は、光
ビームの照射を開始した時点９１から荷重が増大し始
め、半田の温度が融点に達する点９２を過ぎると荷重が
急激に低下し荷重がゼロの状態になり、一定時間経過後
ビーム加熱を停止した時点９３から半田の凝固が開始
し、荷重が減少し始める。

【００４３】一方、荷重制御を行う場合（図１３）は、
加熱を開始した時点９１から荷重が増加し始めるが、荷
重が予め設定された閾値 Ｗth 以上増加した時点でエタ
ロンの位置が上昇方向に制御されるため、荷重が再び減
少し、半田が溶融する点９２に達するまでの間 Ｗth の
変動幅で荷重が増大と減少を繰り返し、荷重は Ｗth以
上増加することはない。また、加熱終了時点９３以降も
同様に荷重が Ｗth 以上減少したらエタロンの位置を下
降させる向きに制御が働き，荷重は０〜Ｗthの範囲で変
動し，荷重が−Ｗth以下になることはない。

【００４４】図１４は図１のエタロン把持部１及び温度
調整部５などの他の構成を示す図である。図１４はエタ
ロン把持爪７０の温度を調整する際に、加熱デバイスと
冷却デバイスを別個に設ける構成である。本構成におい
ては加熱デバイスとしてのヒータ８５と冷却デバイスと
して放熱フィン８３とエアー吹付けノズル８６を用い
る。エアー吹付けノズル８６は電磁弁８２を介して温度
調節器８１に接続されており、エタロン把持爪７０の先
端温度を下げる際は温度調節器８１からの指令により電
磁弁８２が作動し、冷却エアーがエアー吹付けノズル８
６を介して放熱フィン８３に吹き付けられることにより
冷却を行い、一方エタロン把持爪７０の温度を上昇させ
るときは温度調節器８１からの指令によりヒータ８５が
駆動される。

【００４５】図１５は図１のエタロン把持部及び温度調
整部５などのさらに他の構成を示す図である。図１５は
エタロン把持爪の温度調整を行わずにエタロンの角度調
整を行う際の構成である。この構成では，エタロン把持
爪７０先端の温度を温度測定器８４で測定しながらエタ
ロンの角度調整を行う。しかしこの状態でエタロンを固
定してしまうと搭載後にエタロンの温度が変化してしま
うため、エタロンの特性が変化してしまう。本構成で
は、このエタロン搭載前後のエタロンの特性の変化量を
温度補償処理装置８３で予測し、エタロン固定前に予め
エタロンの角度をずらしておくことにより固定後のエタ
ロンの特性が所望の値になるようにするものである。こ
のときのエタロン角度のずらし量は予め実験的に求めて
おき、温度補償処理装置８３内にデータとして蓄えてお
く。このようにすることで、同じ効果が得られる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、エタロンの搭載角度を
精度良く調整可能な光素子モジュールの組立装置および
組立方法を得ることができる。また本発明によれば、エ
タロンの搭載角度を調整する際のエタロン温度の調整可
能な光素子モジュールの組立装置および組立方法を得る
ことができる。さらに本発明によれば、エタロンの搭載
角度を調整した後のステム上への有効な固定が可能な光
素子モジュールの組立装置および組立方法を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による光素子モジュールの組立装
置の実施の形態の全体構成を示す図である。

【図２】図１の光素子モジュールの組立装置の動作フロ
ーを示す図である。

【図３】本発明の実施の形態へ適用する光素子モジュー
ルの構成を示す外観図である。

【図４】図３のステム上に搭載される部品の配置と、Ｌ
Ｄから出射するレーザ光の光路を示す図である。

【図５】エタロンを透過する光の光路を示す図である。

【図６】ＰＤ２を流れるＰＤ２電流を示す図である。

【図７】エタロンに対するレーザ光の入射角を変動させ
たときの入射角とＰＤ２電流との関係を示す図である。

【図８】図１のエタロン把持部及び温度調整部などの構
成を示す図である。

【図９】エタロン搭載角度決定の動作フローを示す図で
ある。

【図１０】エタロン搭載角度に対するＰＤ２電流を示す
図である。

【図１１】エタロンをステムに半田付け固定時の荷重制
御の動作フローを示す図である。

【図１２】荷重制御を行わない場合の荷重の変動を示す
図である。

【図１３】荷重制御を行った場合の荷重の変動を示す図
である。

【図１４】図１のエタロン把持部及び温度調整部などの
他の構成を示す図である。

【図１５】図１のエタロン把持部及び温度調整部などの
さらに他の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…エタロン把持部、２…ＰＤ把持部、３…エタロン位
置決め部、４…パッケージ供給部、５…温度調整部、６
…荷重検出部、７…前方光波長検出部、８…半田吸着搭
載部、９…光ビーム照射部、１０…ＹＡＧレーザ溶接
部、１１…制御部、１２…ＬＤ駆動部、１３…温調制御
器、１４…波長測定器、１５…ＰＤ出力測定器、１６…
光ビーム出射器、１７…ＹＡＧレーザ発振器、３０…Ｌ
Ｄ、３１…エタロン、３２…ＰＤ１、３３…ＰＤ２、３
５…ステム、３６…後方レンズ、３７…ビームスプリッ
タ、３８…前方レンズ、３９…第２レンズ、４０…光フ
ァイバ、４１…平行光、４２…反射光、４３…透過光、
４４…入射面、４５…出射面、４６…入射光、４７…エ
タロン内部の光路、４８…出射光、４９…入射角、５０
…ＰＤ２電流カーブ、５１…ロック点、５２…波長ロッ
クＰＤ電流、５３…第一ピーク、５４…第一ボトム、５
５…ＰＤ２出力目標値、７０…エタロン把持爪、７１…
エタロン把持部ペルチェ素子、７２…放熱フィン、７４
…断熱連結ブロック、７６…平行開閉機構部、７７…平
行開閉爪、７９…熱伝対、８１…温度調整器、８２…電
磁弁、８３…温度補償処理装置、８４…温度測定器、１
００…パッケージ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大河原 敏行 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 Ｆターム(参考） 5F073 AB25 AB27 AB28 EA03 EA04 FA21 FA23 FA25 FA30 GA22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザーダイオードと、該レーザーダイオ
   ードから出射したレーザ光に含まれる特定の波長成分を
   選択的に透過するように配置されたエタロンと、該エタ
   ロンを透過する光が入射するように配置された受光素子
   とを、ステム上に搭載する光素子モジュールの組立装置
   であって、 前記レーザーダイオードから出射したレーザ光の波長を
   測定して該波長を所定の波長に調整する波長調整制御手
   段と、 前記エタロンを把持しながら前記エタロンの角度を変化
   させて前記受光素子の出力電流の変化を測定し、該出力
   電流の変化より目標値を定め、前記エタロンの角度を調
   整して前記受光素子の出力電流を前記目標値にするエタ
   ロン搭載角度調整手段とを備えたことを特徴とする光素
   子モジュールの組立装置。
2. 【請求項２】レーザーダイオードと、該レーザーダイオ
   ードから出射したレーザ光に含まれる特定の波長成分を
   選択的に透過するように配置されたエタロンと、該エタ
   ロンを透過する光が入射するように配置された受光素子
   とを、ステム上に搭載する光素子モジュールの組立装置
   であって、 前記レーザーダイオードから出射したレーザ光の波長を
   測定して該波長を所定の波長になるように前記レーザー
   ダイオードの温度を調整する波長調整制御手段と、 前記レーザーダイオードの温度から前記エタロンの温度
   目標値を定め、エタロン把持部で把持された前記エタロ
   ンの温度が前記温度目標値になるように前記エタロンの
   温度を調整するエタロン温度調整制御手段と、 前記エタロンの角度を変化させて前記受光素子の出力電
   流の変化を測定し、該出力電流の変化より第１目標値を
   決め、前記エタロンの角度を調整して前記受光素子の出
   力電流を前記第１目標値にするエタロン搭載角度第１調
   整手段と、 前記レーザーダイオードの温度を変化させて前記受光素
   子の出力電流の変化を測定し、該出力電流の変化より第
   ２目標値を決め、前記エタロンの角度を調整して前記受
   光素子の出力電流を前記第２目標値にするエタロン搭載
   角度第２調整手段とを備えたことを特徴とする光素子モ
   ジュールの組立装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の光素子モジュール
   の組立装置において、前記エタロンの角度を微調整した
   後、前記エタロンを前記ステム上に固定する際に前記エ
   タロンに荷重をかけて該荷重を検出し、該荷重がなくな
   るように前記エタロンの位置を制御するエタロン位置制
   御手段を備えたことを特徴とする光素子モジュールの組
   立装置。
4. 【請求項４】レーザーダイオードと、該レーザーダイオ
   ードから出射したレーザ光に含まれる特定の波長成分を
   選択的に透過するように配置されたエタロンと、該エタ
   ロンを透過する光が入射するように配置された受光素子
   とを、ステム上に搭載する光素子モジュールの組立方法
   であって、 前記レーザーダイオードから出射したレーザ光の波長を
   測定して該波長を所定の波長に調整し、 前記エタロンを把持しながら前記エタロンの角度を変化
   させて前記受光素子の出力電流の変化を測定し、該出力
   電流の変化より目標値を定め、前記エタロンの角度を調
   整して前記受光素子の出力電流を前記目標値にすること
   を特徴とする光素子モジュールの組立方法。
5. 【請求項５】レーザーダイオードと、該レーザーダイオ
   ードから出射したレーザ光に含まれる特定の波長成分を
   選択的に透過するように配置されたエタロンと、該エタ
   ロンを透過する光が入射するように配置された受光素子
   とを、ステム上に搭載する光素子モジュールの組立方法
   であって、 前記レーザーダイオードから出射したレーザ光の波長を
   測定して該波長を所定の波長になるように前記レーザー
   ダイオードの温度を調整し、 前記レーザーダイオードの温度から前記エタロンの温度
   目標値を定め、エタロン把持部で把持された前記エタロ
   ンの温度が前記温度目標値になるように前記エタロンの
   温度を調整し、 前記エタロンの角度を変化させて前記受光素子の出力電
   流の変化を測定し、該出力電流の変化より第１目標値を
   決め、前記エタロンの角度を調整して前記受光素子の出
   力電流を前記第１目標値にし、 前記レーザーダイオードの温度を変化させて前記受光素
   子の出力電流の変化を測定し、該出力電流の変化より第
   ２目標値を決め、前記エタロンの角度を調整して前記受
   光素子の出力電流を前記第２目標値にすることを特徴と
   する光素子モジュールの組立方法。
6. 【請求項６】請求項１または２記載の光素子モジュール
   の組立方法において、前記エタロンの角度を微調整した
   後、前記エタロンを前記ステム上に固定する際に前記エ
   タロンに荷重をかけて該荷重を検出し、該荷重がなくな
   るように前記エタロンの位置を制御することを特徴とす
   る光素子モジュールの組立方法。