JP2003294994A - 双方向通信光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各部材間の相対的位置決めに要する作業時間を
少なくし、製造コストの低減化を図った双方向光モジュ
ールを提供する。 【解決手段】光ファイバ２０と、送信光のみを透過し、
且つ受信光のみを反射するビームスプリッタ４０と、発
光素子６０と、受光素子７０と、送信光を光ファイバに
結合させる結合レンズ３０と、受信光を受光素子へ集光
する集光レンズ５０とからなり、ビームスプリッタ４
０、光ファイバ２０・・・をそれぞれブロック台２５・
・に固定し、それぞれのブロック台２５・・とベースプ
レート１０に位置決め十字溝１１，２１・・を付し、両
位置決め十字溝が一致するようにそれぞれのブロック台
２５・をベースプレート１０上に取付けて構成したもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た光通信等に用いられる双方向光通信モジュールに係わ
り、さらに詳しくは双方向光通信モジュールを精度良く
動作させるための各部材の位置合わせに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の双方向光通信モジュールの例を説
明する。図８は、従来の双方向光通信モジュールの説明
図である。図８に示すように、ケース内の基板２上に配
置されるガラスブロックの端面に薄膜を形成したビーム
スプリッタ３と、送信光を発生する半導体レーザ等の発
光素子５及び受信光を受光するフォトダイオード、フォ
トトランジスタなどからなる受光素子４と、前記送信
光、受信光の共通光路に配置されている結合レンズ7を
介して結合している光ファイバ６などからなり、外部と
の光伝送が行われている。

【０００３】このような構成において、発光素子５から
送信光がビームスリッタ３を通過して光伝送路に入射
し、光ファイバ６で相手方に送られる。また、相手方に
送られた信号を受信する場合は、光伝送路からビームス
リッタ３を反射した受信光を受光素子４により受信する
ことができ、光通信が行われていた。この光通信ガスム
ースに行われるためにはビームスリッタ３、受光素子
４、発光素子５、光ファイバ６等の光軸が一致していな
ければならなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成の光モジュ
ール１は、ビームスプリッタ３、受光素子４、発光素子
５と、光ファイバ６、結合レンズ7、ベースプレート２
等の部材が多いためにそれぞれ光軸の調整が面倒であっ
た。また、光モジュール１として組み立てるにも前記ビ
ームスプリッタ３、受光素子４、発光素子５と、光ファ
イバ６、結合レンズ7、ベースプレート２等を図示Ｘ，
Ｙ，Ｚ方向についてそれぞれ調整しなければならない。
実際には、発光素子５から送信光を発光させまたは光フ
ァイバ６から受信光を受信させて受光素子４との光軸を
合わせる必要があり、この光軸合わせを各部材、各軸に
ついて行う必要があり、合計では１８軸方向の調整が必
要であった。このため、光モジュール１の組み立てに
は、長時間が必要であると共に、熟練が必要という問題
があった。

【０００５】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
するためになされたものであり、光モジュールを構成す
るビームスプリッタ、発光素子、受光素子と、光ファイ
バ、結合レンズ、ベースプレート等の各光軸のずれ方向
と大きさに従い、前記各部材間の相対的位置決めに要す
る作業時間を少なくし、製造コストの低減化を図った双
方向通信光モジュール及び位置決め方法の提供をその目
的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すするた
め、本発明に係わる双方向光通信モジュールの構成は、
送受信光を伝送する光ファイバと、所望波長の送信光の
みを透過し、且つ所望波長の受信光のみを反射するビー
ムスプリッタと、前記所望波長の送信光を発生させる発
光素子及び前記所望波長の受信光を受光する受光素子
と、前記ビームスプリッタで反射させた送信光を前記光
ファイバに結合させる結合レンズと、前記ビームスプリ
ッタを透過した前記受信光を前記受光素子へ集光する集
光レンズとからなり、前記ビームスプリッタ、光ファイ
バ、発光素子及び受光素子、結合レンズ、集光レンズを
それぞれブロック台に固定し、前記それぞれのブロック
台とベースプレートに位置決めマークを付し、前記両位
置決めマークが一致するように前記それぞれのブロック
台を前記ベースプレート上に取付けて構成したことを特
徴とするものである。

【０００７】本発明に係わる双方向光通信モジュールの
他の構成は、送受信光を伝送する光ファイバと、所望波
長の送信光のみを反射し、且つ所望波長の受信光のみを
透過するビームスプリッタと、該ビームスプリッタへの
送信光を発生させる発光素子及び前記ビームスプリッタ
を透過した所望波長の受信光を受光する受光素子と、前
記ビームスプリッタで反射させた送信光を前記光ファイ
バに結合させる結合レンズと、前記ビームスプリッタを
透過させた前記受信光を前記受光素子へ集光する集光レ
ンズとからなり、前記ビームスプリッタ、光ファイバ、
発光素子及び受光素子、結合レンズ、集光レンズをそれ
ぞれブロック台に固定し、前記それぞれのブロック台と
ベースプレートに位置決めマークを付し、前記両位置決
めマークが一致するように前記それぞれのブロック台を
前記ベースプレート上に取付けて構成したことを特徴と
するものである。である。

【０００８】本発明に係わる双方向光通信モジュール位
置決め方法の構成は、送受信光を伝送する光ファイバ
と、所望波長の送信光のみを透過し、且つ所望波長の受
信光を反射するビームスプリッタと、該ビームスプリッ
タへの送信光を発生させる発光素子及び前記ビームスプ
リッタからの所望波長の受信光を受光する受光素子と、
前記ビームスプリッタで反射させた受信光を光ファイバ
に結合させる結合レンズと、前記ビームスプリッタを透
過した前記送信光を前記受光素子へ集光する集光レンズ
とをそれぞれブロック台に固定し、該それぞれのブロッ
ク台とベースプレートに位置決めマークを付し、撮像手
段により前記ベースプレートの位置決めマークを撮像
し、制御手段により前記ベースプレートを載置した移動
ステージを制御して前記撮像上の基準マークとベースプ
レートの位置決めマークと一致させ、さらに、前記それ
ぞれのブロック台を把持した据付手段を制御し、前記撮
像上それぞれのブロック台上の位置決めマークと前記ベ
ースプレートの位置決めマークとを一致させて前記それ
ぞれのブロック台の位置決めすることを特徴とするもの
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる双方向光モ
ジュールの一実施形態について、図１乃至図７を参照し
て説明する。図１は、本発明に係わる双方向光モジュー
ルの一実施形態の説明図、図２は図１の双方向光モジュ
ールのＡ−Ａ‘矢断面図、図３は、図１の双方向光モジ
ュールに用いられるビームスプリッタの説明図、図４
は、図１の双方向光モジュールに用いられるビームスプ
リッタの原理図、図４は、図１の双方向光モジュールの
Ｂ−Ｂ‘断面図、図６は、図１の双方向光モジュールの
位置決め装置の説明図、図７は、図１の双方向光モジュ
ールの位置決め方法のフローシートである。

【００１０】図１、２、３に示すように、双方向光モジ
ュールＭは、各素子や部材類が配設される基板となる平
板状のベースプレート１０と、該ベースプレート１０の
一端に配設され、送信光λ1を発生させる発光素子６０
と、該発光素子６０からの送信光λ1を送信する集合球
レンズ５０と、前記ベースプレート１０の他端に配設さ
れ外部と送受信をする光ファイバ２０と、該光ファイバ
２０と結合される結合球レンズ３０と、前記ベースプレ
ート１０のほぼ中央に位置し、前記集合球レンズ５０か
らの送信光λ1を光ファイバ２０側に透過させると共
に、該光ファイバ２０から結合球レンズ３０を介する受
信光λ2を受光素子７０側に反射するビームスプリッタ
４０と、前記発光素子６０とビームスプリッタ４０に対
し相対向しない位置に配設され、前記ビームスプリッタ
４０から反射された受信光λ2を受光する受光素子７０
とからなり、前記発光素子６０、集合球レンズ５０、光
ファイバ２０、結合球レンズ３０、ビームスプリッタ４
０、受光素子７０は、それぞれの発光素子６０のブロッ
ク台６５、集合球レンズ５０のブロック台５５、光ファ
イバ２０のブロック台２５、結合球レンズ３０のブロッ
ク台３５、ビームスプリッタ４０のブロック台４５、受
光素子７０のブロック台７５を介してベースプレート１
０の平板上の所定位置に配設されて構成されている。な
お、発光素子６０から波長λ1の送信光は、その波長λ1
をとり、送信光λ1という。波長λ2の受信光は、その波
長λ2をとり、受信光λ2という。

【００１１】光ファイバ２０は、光通信媒体のひとつで
あり、円形断面をもち、光学的に透明で屈折率が均一な
分布をもつクラッドと呼ばれる部分の中に、コアと呼ば
れるクラッドよりもわずかに屈折率の高い部分が存在
し、この中を光エネルギが通るようになっている。

【００１２】ビームスプリッタ４０は、ガラス板に、例
えばＳｉＯ2、ＴｉＯ2などの多層膜を形成し、各膜の屈
折率と厚さとにより、λ1の波長帯光を透過させ、λ2の
波長帯光を反射させることができる。図４に透過波長帯
光λ1及び反射波長帯光λ2の対反射率特性曲線が示され
ているが、明確な反射、透過特性を示している。発光素
子６０は、発光面からレーザビームを放射するチップを
シリコン基板等に取付けられて構成され、受光素子７０
はたとえばフォトダイオード、フォトトランジスタ等か
ら構成される。本実施形態は集合球レンズ５０、結合球
レンズ３０は、構造が簡単な、球レンズが用いられてい
るが、光結合効率のよい非球面レンズを用いてもよい。

【００１３】ブロック台２５等は、いずれも立方体形状
をなし、表面が所定精度の平坦度を有するように加工さ
れている。ベースプレート１０は、長方形の平板形状を
なし、表面が所定精度の平坦度を有するように加工され
ており、その対角線上の隅部にはそれぞれベースプレー
ト１０の位置決めマーク１１、１２が刻印されている。
この位置決めマーク１１、１２は、ベースプレート１０
の位置を定めるために用いるものである。この位置決め
マーク１１、１２は光ファイバ２０の送受信光軸の方向
及びこれに直交する方向に、微細な十字溝を設けたもの
である。前記の如く、本実施形態における位置決めマー
クは、微細な十字溝を設けたものであるので、以下、全
ての位置決めマークを位置決め十字溝ということにす
る。

【００１４】次に、ビームスプリッタ４０用ブロック台
４５、発光素子６０用ブロック台６５、集合球レンズ５
０用ブロック台５５、光ファイバ２０用ブロック台２
５、結合球レンズ３０用ブロック台３５、受光素子７０
用ブロック台７５の位置合わせマークについて説明す
る。図５は、光ファイバ２０に結合する結合球レンズ３
０用ブロック台３５の近傍を示している。

【００１５】結合球レンズ３０用ブロック台３５には、
その中央部には球レンズ位置決め溝３６を設けられてお
り、この溝３６に結合球レンズ３０が固定されるように
なっている。前記ブロック台３５には光ファイバ２０の
送受信光軸に直交する方向の両端にブロック台位置決め
十字溝1である３３、ブロック台位置決め十字溝2である
３４が設けられている。ベースプレート１０上には、前
記光軸に対し直交する方向の線上で、位置決め十字溝３
３、３４にそれぞれ相対向する位置に、対となる位置決
め十字溝３１、３２が設けられている。

【００１６】発光素子６０用ブロック台６５、集合球レ
ンズ５０用ブロック台５５、ビームスプリッタ４０用ブ
ロック台４５、光ファイバ２０用ブロック台２５及びベ
ースプレート１０上には、光ファイバ２０の送受信光軸
に直交する方向の線上に、それぞれ相対向する位置に、
対となる位置決め十字溝６３、６１，６４、６２，５
３、５１，５４、５２，４３、４１，４４、４２，２
３、２１，２４、２２が設けられ、同様にして受光素子
７０用ブロック台７５とベースプレート１０上にも位置
決め十字溝７３、７１，７４、７２が設けられている。
なお、集合球レンズ５０用ブロック台５５には、前記結
合球レンズ３０用ブロック台３５と同様に、その中央部
には球レンズ位置決め溝５６が設けられており、この溝
５６に集合球レンズ３０が固定されるようになっている

【００１７】次に、図６を参照して、図1の双方向通信
光モジュールのマーク位置合わせに用いられる位置合わ
せ装置を説明する。位置合わせ装置１００は、据え付け
ようとするブロック台５（発光素子６０用ブロック台６
５・・・等の総称）それぞれを把持し、その位置決めを
するブロック位置決め部１０５と、該ブロック位置決め
部１０５が取付けられる基台１０６と、該基台１０６上
に設けられたベースプレート１０が載置される三次元に
移動可能なＸＹＺステージ１０４と、該ＸＹＺステージ
１０４の上方の所定位置に適宜な手段で吊り下げられて
いる撮像カメラ１０１と、該撮像カメラ１０１で撮像さ
れた映像を処理する画像処理部１０２と、該画像処理部
１０２の処理信号を受信し制御信号を発信する制御部１
０３とからなり、該制御部１０３は、制御信号により、
Ｘ，Ｙ，Ｚステージ１０４とブロック位置決め部１０５
とを制御するようになっている。

【００１８】ブロック位置決め部１０５は、基台１０６
の一つの端部に固定部材１０５ａが立設して固定されて
いる。該固定部材１０５ａにはその内部から上下方向に
伸縮すると共に、自らを軸として回動する伸縮部材１０
５ｂと、該伸縮部材１０５ｂより側方に突設し、当該伸
縮部材１０５ｂの回動により水平面を回動する側方アー
ム１０５ｃと、該側方アーム１０５ｃには上下方向及び
水平方向への回動並びに突出し、引き込みの微動調整が
可能な微動アーム１０５ｄとを有している。

【００１９】微動アーム１０５ｄの先端には、マニュピ
レータ部（符号なし）が設けられ、該マニュピレータ部
により上述のブロック台５が把持状態になったり、非把
持状態になったりするようになっている。前記マニュピ
レータ部で把持されたブロック台５は、撮像カメラ１０
１とＸＹＺステージ上のベースプレート１０間に位置さ
れるようになっている。これらの各部材の伸縮機能や微
動機能、マニュピレータの把持機能等は、詳細な説明及
び図示を省略するが、電子回路や形状合金等を組み込ん
だ駆動体や関節構造により実現することができる。

【００２０】撮像カメラ１０１は、ベースプレート１０
の上方に適宜な手段で設置され、前記ベースプレート１
０上のブロック台５を撮像する。また、撮像カメラ１０
１は、焦点位置調整機構（図示せず）を備えており、ブ
ロック台５上の位置決め十字溝６３、６１，６４、６
２，５３・・・に焦点が合うように調整され、前記撮像
カメラ１０１の検出情報は画像処理部１０２に入力さ
れ、該画像処理部１０２に設けたモニター（図示せず）
に位置決め十字溝６３、６１，６４、６２，５３・・・
等の画像情報が取り込まれる。

【００２１】このようにして取り込まれた位置決め十字
溝６３、６1・・の画像情報は、画像処理部１０２で演
算され、ベースプレート上の位置決め十字溝１１と１２
及びベースプレート上の位置決め十字溝６１、６２に対
するとブロック台５上の６３、６４，・・・・設計位置
と検出した位置とが一致するようにＸＹＺステージ１０
４を移動し、さらに、位置決め部１０５で側方アーム１
０５ｃの回動及び微動アーム１０５ｄの上下，回動，突
出、後退により微動調整されるようになっている。

【００２２】図１の双方向通信光モジュールＭを図６の
位置合わせ装置１００を用いる位置合わせ動作を図７の
フローシートを参照して説明する。Ｓ１において、搭載
されているブロック台５（以下、簡単のため、ブロック
５という）の位置合わせ処理を開始するため、ベースプ
レート１０（以下、プレート１０という）をＸＹＺステ
ージ１０４に載置し、電源等をＯＮし、準備を完了す
る。また、プレート１０とブロック５との相接する面の
平坦度及び高さ方向の仕上がり寸法の精度を向上させて
あるので、Ｚ方向については位置決めを行わないものと
し、Ｘ，Ｙ方向の位置合わせについて説明する。

【００２３】Ｓ２において、プレート１０の位置決め十
字溝１１，１２が撮像カメラ１０１で撮像できるように
制御部１０３によりＸＹＺステージを移動する。Ｓ３に
おいて、前記位置決め十字溝１１，１２の画像を撮像カ
メラ１０１で取り込み、画像処理部１０２へ入力する。
Ｓ４において、前記入力させた位置決め十字溝１１，１
２の画像から、位置決め十字溝の設計位置と実位置との
Ｘ、Ｙ方向のずれ量差を算出し、制御部１０３によりＸ
ＹＺステージを移動し、プレート１０の位置を補正す
る。

【００２４】Ｓ５において、プレート１０上の当該ブロ
ック５（位置決めしようとするブロック５）との位置決
め十字溝が撮像できるように制御部１０３によりＸＹＺ
ステージを移動する。

【００２５】Ｓ６において、制御部１０３により当該ブ
ロック５を位置合わせ装置１００の微動アーム１０５で
把持させ、大凡の位置で非把持状態にし、プレート１０
上に載置する。Ｓ７において、当該ブロック５の位置決
め十字溝と、プレート１０上の当該ブロック５との位置
決め十字溝とを撮像カメラ１０１で取り込む。

【００２６】Ｓ８において、再び、制御部１０３により
位置合わせ装置１００の微動アーム１０５ｄで当該ブロ
ック５を把持させ、プレート１０上の当該ブロック５と
の位置決め十字溝を基準として位置合わせ装置１００の
位置決め部１０５を制御して当該ブロック５を正確な位
置に移動する。このとき、ＸＹＺステージ１０４と位置
合わせ装置１００の位置決め部１０５を制御して、プレ
ート１０と当該ブロック５との干渉を回避する。

【００２７】Ｓ９において、プレート１０上の当該ブロ
ック５との位置決め十字溝と、当該ブロック５の位置決
め十字溝とを撮像カメラ１０１で取り込まれる。Ｓ１０
において、プレート１０上の当該ブロック５との位置決
め十字溝と、当該ブロック５の位置決め十字溝との位置
ずれ設計値に対応する実ずれ値を算出し、制御部１０３
により当該ブロック５を移動し、前記位置ずれ設計値と
実ずれ値との差が０となるようにＸＹ方向の位置補正を
する。

【００２８】Ｓ１１において、Ｓ１からＳ１０までの手
順を位置決め十字溝２１、２３，・・・・６２、６４ま
での各部材の位置決め十字溝について行い、且つ光ファ
イバ２０の送受信光軸の方向及びこれに直交する方向に
設けた十字状の溝の両方について行われる。さらに、必
要があれば、Ｚ方向の補正も自動焦点付カメラの画像の
明確差、不明確さで調整しうる。当該ブロックとのプレ
ート１０上への固定は樹脂系接着材で固定する。このよ
うにして、光モジュールの各部材間の相対的位置決めに
要する作業時間を少なくし、製造コストの低減化を図っ
た双方向通信光モジュールが組み立てられることにな
る。

【００２９】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明の構
成によれば、光モジュールを構成するビームスプリッ
タ、発光素子、受光素子と、光ファイバ、結合レンズ、
ベースプレート等の各光軸のずれ方向と大きさに従い、
前記各部材間の相対的位置決めに要する作業時間を少な
くし、製造コストの低減化を図った双方向光モジュール
及び位置決め方法の提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる双方向光モジュールの一実施形
態の説明図である。

【図２】図１の双方向光モジュールのＡ−Ａ‘矢断面図
である。

【図３】図１の双方向光モジュールに用いられるビーム
スプリッタの説明図である。

【図４】図１の双方向光モジュールに用いられるビーム
スプリッタの原理図である。

【図５】図１の双方向光モジュールのＢ−Ｂ‘断面図で
ある。

【図６】図１の双方向光モジュールの位置決め装置の説
明図である。

【図７】図１の双方向光モジュールの位置決め方法のフ
ローシートである。

【図８】従来の双方向光通信モジュールの説明図であ
る。

【符号の説明】

Ｍ 双方向通信光モジュール ５ ブロック台 ２５、３５、４５、５５、６５、７５ ブロック台 ２３、２４、３３、３４、４３、４４、５３、５４、６
３、６４ ブロック台の位置決め十字溝 １０ ベースプレート １１、１２ ベースプレートの位置決め十字溝 ２１、２２、３１、３２、４１、４２、５１、５２、６
１、６２ ベースプレー ト上のブロック台との位置決め十字溝 ２０ 光ファイバ ３０ 結合レンズ ４０ ビームスプリッタ ５０ 集合レンズ ６０ 発光素子 ７０ 受光素子 １００ 位置合わせ装置 １０１ 撮像手段 １０３ 制御部 １０４ ＸＹＺステージ １０５ ブロック位置決め部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送受信光を伝送する光ファイバと、所望波
   長の送信光のみを透過し、且つ所望波長の受信光のみを
   反射するビームスプリッタと、該ビームスプリッタへの
   送信光を発生させる発光素子及び前記ビームスプリッタ
   で反射させた所望波長の受信光を受光する受光素子と、
   前記ビームスプリッタを透過させた送信光を前記光ファ
   イバに結合させる結合レンズと、前記ビームスプリッタ
   で反射させた前記受信光を前記受光素子へ集光する集光
   レンズとからなり、前記ビームスプリッタ、光ファイ
   バ、発光素子及び受光素子、結合レンズ、集光レンズを
   それぞれブロック台に固定し、前記それぞれのブロック
   台とベースプレートに位置決めマークを付し、前記両位
   置決めマークが一致するように前記それぞれのブロック
   台を前記ベースプレート上に取付けて構成したことを特
   徴とする双方向通信光モジュール。
2. 【請求項２】送受信光を伝送する光ファイバと、所望波
   長の送信光のみを反射し、且つ所望波長の受信光のみを
   透過するビームスプリッタと、該ビームスプリッタへの
   送信光を発生させる発光素子及び前記ビームスプリッタ
   を透過した所望波長の受信光を受光する受光素子と、前
   記ビームスプリッタで反射させた送信光を前記光ファイ
   バに結合させる結合レンズと、前記ビームスプリッタを
   透過させた前記受信光を前記受光素子へ集光する集光レ
   ンズとからなり、前記ビームスプリッタ、光ファイバ、
   発光素子及び受光素子、結合レンズ、集光レンズをそれ
   ぞれブロック台に固定し、前記それぞれのブロック台と
   ベースプレートに位置決めマークを付し、前記両位置決
   めマークが一致するように前記それぞれのブロック台を
   前記ベースプレート上に取付けて構成したことを特徴と
   する双方向通信光モジュール。
3. 【請求項３】送受信光を伝送する光ファイバと、所望波
   長の送信光のみを透過し、且つ所望波長の受信光を反射
   するビームスプリッタと、該ビームスプリッタへの送信
   光を発生させる発光素子及び前記ビームスプリッタから
   の所望波長の受信光を受光する受光素子と、前記ビーム
   スプリッタで反射させた受信光を光ファイバに結合させ
   る結合レンズと、前記ビームスプリッタを透過した前記
   送信光を前記受光素子へ集光する集光レンズと、をそれ
   ぞれブロック台に固定し、該それぞれのブロック台とベ
   ースプレートに位置決めマークを付し、撮像手段により
   前記ベースプレートの位置決めマークを撮像し、制御手
   段により前記ベースプレートを載置した移動ステージを
   制御して前記撮像上の基準マークとベースプレートの位
   置決めマークと一致させ、さらに、前記それぞれのブロ
   ック台を把持した据付手段を制御し、前記撮像上それぞ
   れのブロック台上の位置決めマークと前記ベースプレー
   トの位置決めマークとを一致させて前記それぞれのブロ
   ック台の位置決めすることを特徴とする双方向通信光モ
   ジュールの位置決め方法。