JP2004037810A

JP2004037810A - 光ファイバーのアライメント方法及び光学装置

Info

Publication number: JP2004037810A
Application number: JP2002194426A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kususe; 楠瀬　治彦
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】アライメント時間を短縮することができ、接着剤に与えるダメージが少ないアライメント方法及び光学装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかるアライメント方法は、光ファイバーのコア２に光をアライメントする方法である。レーザー４からの光を光ファイバーの入射面に集光させる集光レンズ５が設けられている。光ファイバーの先端部外面にはフェルール３が設けられている。レーザー４と集光レンズ５の間には磨りガラス７が設けられている。本発明にかかるアライメント方法はレーザー光６の光路上に設けられた磨りガラス７を挿入し粗調整するステップと、磨りガラス７を光路上から取り除き微調整するステップを有する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバーのアライメント方法に関し、さらにはこれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体検査装置、ＬＣＤ用検査装置、フォトマスク用検査装置等では、その設計ルールの微細化からレーザー光を利用した検査装置が用いられている。このようなレーザー光をレーザーと離れた位置に照射する場合、レーザー光を集光し、光ファイバーへ入射（光結合）させ、この光ファイバーによって伝達させる方法がよく用いられている。光ファイバーの出射端から出射する光量を最大となるようにするためには、光ファイバーのコアにレーザー光が精度よく入射するようにアライメントする必要がある。
【０００３】
この光ファイバーの構成について図４を用いて説明する。図４は光ファイバーの断面の拡大図である。１はファイバー、２はコア、３はフェルールである。光が集中するコア２は損失の少ない石英等からなり、その直径はシングルモード光ファイバーで５μｍ程度、マルチモード光ファイバーで５０μｍ程度である。このコア２を光が伝播することにより、損失なく出力される。そしてその外側がファイバー１となっており、その直径は１２５μｍ程度である。このファイバー１を固定するために、先端部外面を保持するフェルール３が設けられている。このフェルール３の直径は２．５ｍｍ程度である。このファイバー１の外側の界面に接着剤が設けられ、フェルール３に固定されている。
【０００４】
このような光ファイバーにレーザーからの光（ビーム）を集光させてアライメントする従来の方法について図５を用いて説明する。図５は従来のアライメント方法の光学系を横から見た構成図である。図４で付した符号と同じ符号は同一の構成を示すため説明を省略する。４はレーザー、５は集光レンズ、６はレーザー光である。
【０００５】
レーザー４から出射されたレーザー光６は集光レンズ５によって、光ファイバーの入射面に集光される。ここでレーザー光６のビームスポットは５μｍ程度のコア２に入射するように、４μｍ程度に絞り込まれている。従来はレーザー光６の輝度のピークがコア２の中心位置になるように、レーザー光６をスキャンしていた。または光ファイバーの位置や傾きをずらし、レーザー光６とコア２の位置関係を調整していた。そして光ファイバー出射端の出力（光量）をモニターして、出力が最大になるようにアライメントしていた。このようにしてレーザー光６と光ファイバーの位置関係を調整し、精度よくアライメントを行い、コア２に入射（光結合）させていた。これにより、レーザー４からの光がコア２を精度よく通過するため光損失が少なくなり、効率よくレーザー光６を利用することができるようになる。
【０００６】
しかし、従来のアライメント方法では、以下のような問題が生じていた。上記のようにレーザー光６は光ファイバーの入射面で４μｍ程度に集光されている。特にシングルモード光ファイバーの場合、コア２の直径は５μｍと略同程度であり、非常に小さい。また入射面でのレーザー光６のスポット径も４μｍと非常に小さく、精度よく調整を行わなければならない。従って、調整中にレーザー光６が一度コア２から大きくずれると光ファイバーの出力はほとんど検出できなくなる。そのためレーザー光６と光ファイバーの位置関係を調整しても、出力がほぼ０のまま変動せずに正しい方向に調整できているか判別できなかった。これにより、調整方向がわからず、レーザー光６の位置がコア２から大きくずれアライメント時間が長時間になるといった問題が生じていた。
【０００７】
またファイバー１をフェルール３に固定するために、ファイバー１とフェルール３の界面に接着剤が塗布されている。この接着剤に集光されたレーザー光が照射されると、接着剤がダメージを受けるという問題点があった。これにより、接着力が弱くなったり、また接着剤がコア２まで拡がり、またはコア２の表面に蒸着し、光ファイバーの性能を劣化させることもあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来のアライメント方法では、アライメントに長時間を要し、さらに接着剤にダメージを与えてしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、アライメントに要する時間を短縮することができ、接着剤にダメージを与えないアライメント方法及びそれを用いた光学装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるアライメント方法は、光源（例えば、本発明の実施の形態におけるレーザー１）からの光を所定の位置にアライメントする方法であって、前記光源からの光を集光する集光レンズ（例えば、本発明の実施の形態における集光レンズ５）と、前記光源からの光を散乱させる散乱部材（例えば、本発明の実施の形態における磨りガラス７）を備え、前記散乱部材を光路上に挿入し、光の位置を粗調整するステップと、前記散乱部材を光路上から取り除き、光の位置を微調整するステップを有するものである。これにより、アライメント時間を短縮することができる。
【００１１】
本発明にかかるアライメント方法は、光源（例えば、本発明の実施の形態におけるレーザー１）からの光を光ファイバーにアライメントする方法であって、光源からの光を光ファイバーに集光する集光レンズ（例えば、本発明の実施の形態における集光レンズ５）と、光源からの光を散乱させる散乱部材（例えば、本発明の実施の形態における磨りガラス７）を備え、前記散乱部材を光路上に挿入し、光の位置を粗調整するステップと、前記散乱部材を光路上から取り除き、光の位置を微調整するステップを有するものである。
【００１２】
光ファイバーがシングルモード光ファイバーである場合には、そのコア径が小さいので通常の方法では困難であり、本発明の手段がより有効である。
【００１３】
前記光ファイバーが当該光ファイバーの先端部外面に設けられたフェルール（例えば、本発明の実施の形態におけるフェルール３）によって保持され、前記フェルールが接着剤によって固定されていてもよい。接着剤により固定されている場合には、アライメントの際に光源からの光が接着剤に照射され、接着力が弱くなったり、接着剤がコアまで拡がり、またはコアの表面に蒸着するという問題が発生していたが、本発明の手段により、このような問題の発生を抑制できる。
【００１４】
上述のアライメント方法は前記光源からの光を遮るシャッター（例えば、本発明の実施の形態におけるシャッター８）を備え、前記シャッターに前記散乱部材が取り付けられ、前記シャッターの動作により前記散乱部材が光路上に挿入されることが望ましい。これにより、簡易な構成でアライメント時間を短くすることができる。
【００１５】
上述のアライメント方法において、前記散乱部材が磨りガラスであることが望ましい。これにより、簡易な構成でアライメント時間を短くすることができる。
【００１６】
本発明にかかる光学装置は、光ファイバーによって光を伝達する光学装置であって、光源（例えば、本発明の実施の形態におけるレーザー１）と、光源からの光を前記光ファイバーに集光させる集光レンズ（例えば、本発明の実施の形態における集光レンズ５）と前記光源からの光を散乱させる散乱部材（例えば、本発明の実施の形態における磨りガラス７）を備え、前記散乱部材を光の光路上の第１の位置と、当該光路外の第２の位置の間を移動可能としたものである。これにより、アライメント時間を短縮することができる。
【００１７】
上述の光学装置において光ファイバーがシングルモード光ファイバーである場合には、そのコア径が小さいので通常の方法では困難であり、本発明の手段がより有効である。
【００１８】
前記光ファイバーが当該光ファイバーの先端部外面に設けられたフェルールによって保持され、前記フェルールが接着剤によって固定されていてもよい。接着剤により固定されている場合には、アライメントの際に光源からの光が接着剤に照射され、接着力が弱くなったり、接着剤がコアまで拡がり、またはコアの表面に蒸着するという問題が発生していたが、本発明の手段により、このような問題の発生を抑制できる。
【００１９】
上述の光学装置において前記光源からの光を遮るシャッターを備え、前記散乱部材が前記シャッターに取り付けられ、当該シャッターの動作により当該散乱部材が前記第１の位置と前記第２の位置の間を移動することが望ましい。これにより、簡易な構成でアライメント時間を短くすることができる。
【００２０】
上述の光学装置において、前記散乱部材が磨りガラスであることが望ましい。これにより、簡易な構成でアライメント時間を短くすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
本発明にかかる光ファイバーのアライメント方法について図１、図２、図４を用いて説明する。１はファイバー、２はコア、３はフェルール、４はレーザー、５は集光レンズ、６はレーザー光、７は磨りガラス、９は位置調整つまみ、１０はバネ、１１はレーザー光の輝度プロファイルである。図１は本実施の形態１にかかるアライメント方法の光学系の構成図であり、図２は光ファイバーの位置調整手段の構成を示す斜視図である。図４は光ファイバーの断面図であり、従来技術で説明した構成と同じであるため説明を省略する。本発明にかかるアライメント方法は粗調整を行うステップと微調整を行うステップの２段階を備えている。
【００２２】
図１に示されるようにレーザー４から出射されたレーザー光６を光ファイバーのコア２に集光するために、集光レンズ５が光路上に設けられている。本発明は磨りガラス７がレーザー４と集光レンズ５の間に設けられている点で従来技術と異なる。また磨りガラス７は上下に平行移動し、光路上に挿入されたり、光路上から取り除かれたりする。図１（ａ）は磨りガラス７が光路上に挿入されており、図１（ｂ）では磨りガラス７が光路上から取り除かれている。
【００２３】
磨りガラス７が光路上に無いとき、レーザー光６のビームスポットは光ファイバーの入射面に集光される。ここで光ファイバーの断面は図４のようになっており、各構成物は従来技術で説明したものと同じなので説明を省略する。シングルモード光ファイバーの場合、レーザー光６のビームスポットは５μｍ程度のコア２に入射するように４μｍ程度に絞り込まれる。アライメント時には光ファイバー出射端の出力をモニターし、出力値が最大になるように光ファイバーの位置をずらし調整する。このようにしてレーザー光６と光ファイバーの位置関係を調整し、精度よくアライメントを行い、コア２に入射（光結合）させる。これにより、集光されたレーザー光６がコア２の位置になり、レーザー４からの光がコア２を精度よく通過することで光損失が少なくて効率よくレーザー光６を利用することができる。
【００２４】
この光ファイバーの位置を調整する方法について図２を用いて説明する。フェルール３の入射面側の外側に位置調整つまみ９が２つ、バネ１０が１つ設けられている。このフェルール３はバネにより位置調整つまみ９と接するように押さえられている。この位置調整つまみ９を回すことによりフェルール３の位置をずらすことができ、任意の位置に調整することが可能となる。また位置調整つまみ９の向きは直交しており、調整を容易に行うことができる。さらにフェルール３の入射面と反対側にも、同じ構成で位置調整つまみ９とバネ１０が設けられている。この位置調整つまみ９を同様に調整することにより、入射光に対する光ファイバーの角度を調整することができる。このアライメント時には光ファイバーの出力（光量）が最大になるように、この位置調整つまみ９を回して調整する。ただし、上記の位置調整方法は実施の形態の一例であり、上記の構成に限られるものではない。
【００２５】
本発明にかかるアライメント方法は粗調整を行うステップと微調整を行うステップを有している。粗調整を行うステップでは、図１（ａ）に示すように磨りガラス７はレーザー光６の光路上に挿入されている。微調整を行うステップでは、図１（ｂ）に示すように磨りガラス７はレーザー光６の光路上から取り除かれる。
レーザー光６は磨りガラス７によって散乱され、その角度が変化する。従って、粗調整時の光ファイバーの入射面でのレーザー光の輝度プロファイルは、図１（ａ）に示すブロードな輝度プロファイル１１となる。逆に微調整時にはレーザー光６は散乱されないため、光ファイバーの入射面に集光され図１（ｂ）に示すシャープな輝度プロファイル１１となる。
【００２６】
まず粗調整を行うステップについて図１（ａ）を用いて説明する。粗調整を行うステップでは磨りガラス７がレーザー光６の光路上に挿入されている。レーザー４から出射されたレーザー光６は磨りガラス７によって、散乱されその角度が変化する。従ってレーザー光６のビームスポットは太くなり、レーザー光６の輝度プロファイル１１は図１（ａ）に示されるようにすそ野が広くブロードになる。粗調整では、このブロードな輝度プロファイルのピーク近傍に光ファイバーの位置を合わせる。ブロードな輝度プロファイル１１では調整中にレーザー光６が一度コア２から大きくずれても、すそ野が広いため光ファイバーの出力が検出できなくなることはない。従ってピークの位置から大きくずれても、正しい方向に調整しているか否かを判別することができる。これにより、粗調整を容易に行うことができる。さらにレーザー光６の輝度のピークは磨りガラス７によって、弱くなっている。従って、粗調整時にレーザー光６に位置がずれてファイバー２の外側の界面に設けられている接着剤に照射されても、ダメージが少ない。これにより、接着剤に与えるダメージを低減することができる。
【００２７】
次に微調整を行うステップについて図１（ｂ）を用いて説明する。微調整を行うステップでは磨りガラス７を下に平行移動させ、レーザー光６の光路上から取り除いている。従って、レーザー光６は集光レンズにより光ファイバーの入光面に集光され、輝度プロファイル１１はシャープなものとなる。また粗調整を行っているのでレーザー光６の位置はコア２の近傍に調整されている。従って、光ファイバーの出力はほとんど検出できなくなることがなく、調整する方向が正しいか否かを判別することができる。これにより、レーザー光６の位置が大きくずれることなく、レーザー光６の輝度のピークとコア２の中心を位置合わせすることができる。よってアライメントを容易に行うことができ、アライメント時間を短縮することができる。さらにレーザー光６の位置調整が正しい方向かを判別できるため、レーザー光６の位置が大きくずれることがない。従って、レーザー光６はコア近傍のみに照射され、輝度の高いレーザ−光６が接着剤に照射されることがない。これにより、レーザー光６が接着剤に与えるダメージを低減することができる。
【００２８】
また微調整中に光ファイバーの位置が大きくずれて出力値がなくなってしまった場合は、もう一度磨りガラス７を光路上に挿入し、粗調整を行う。これにより、アライメントに要する時間を短縮することができる。さらに輝度の高いレーザ−光６が接着剤に照射されることがなく、接着剤に与えるダメージを低減することができる。
【００２９】
本実施の形態では、レーザー４と光ファイバーとの間の光学系に集光レンズ５及び磨りガラス７のみを図示したが、図示した光学系に限られるものではなく途中にミラーやレンズ等の他の光学部品が設けられていてもよい。また磨りガラス７の位置はレーザー４と集光レンズ５の間に限られるものではない。光路の途中に設けられており、粗調整時と微調整時で磨りガラス７を光路上から出し入れすれば同様の効果を得ることができる。
【００３０】
発明の実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかるアライメント方法の光学系の構成について図３を用いて説明する。図３は本実施の形態にかかるアライメント方法の構成図である。図１で付した符号と同一の符号は同じ構成を示すので説明を省略する。８はレーザー光を遮るシャッターである。本実施の形態では、レーザー４の出射面にシャッター８が設けられており、シャッター８に磨りガラス７が取り付けられている点で実施の形態１と異なる。また粗調整時には磨りガラス７を光路上に挿入し、微調整時には磨りガラス７を取り除く点では実施の形態１と同様である。そのためアライメント方法の説明は省略する。
【００３１】
本実施の形態では、レーザー４の出射面にシャッター８が設けられておりこのシャッター８が上下に移動しレーザー４の発光部の開閉を行う。このシャッター８には磨りガラス７が取り付けられている。シャッター８は以下のように段階的に動かすことができる。レーザー光６を出射させたくないときには、シャッター８を光路上に移動させ、レーザー光６を遮る。粗調整時には一段階シャッター８を下げ、磨りガラス７を光路上に挿入する。微調整時にはもう一段階シャッター８を下げ、磨りガラス７を光路上から取り除く。このように本実施の形態ではレーザー光６を遮るシャッター８に磨りガラス７を設け、段階的に移動させることにより磨りが出し入れを行う。そして実施の形態１と同様に粗調整及び微調整を行い、アライメントを行う。これにより、アライメント時間を短縮することができ、接着剤のダメージを低減することができる。さらにシャッター８に磨りガラス７を取り付け、段階的に移動させるだけでよいので、簡易な構成でアライメントを行うことができる。
【００３２】
本実施の形態では、レーザー４と光ファイバーとの間の光学系に集光レンズ５及び磨りガラス７のみを図示したが、図示した光学系に限られるものではなく途中にミラーやレンズ等の他の光学部品が設けられていてもよい。また磨りガラス７及びシャッター８の位置はレーザー４の発光部に限られるものではなく、光路上であればよく、例えば光ファイバーの入射面でもよい。粗調整時と微調整時で磨りガラス７を光路上から出し入れすれば同様の効果を得ることができる。またシャッター８に磨りガラス７を取り付けたがシャッター８の一部が磨りガラス７等の散乱部材となっていてもよい。
【００３３】
その他の実施の形態．
本発明にかかるアライメント方法は光ファイバーのアライメント方法に限られず、小さい径に光を入射させるアライメント方法に利用することができる。また光源はレーザーに限らず、他の光源でもよい。もちろん光学系も図示した構成に限られず、ミラー、ハーフミラー、レンズ等の光学部品が用いられている光学系に用いることができる。また本発明にかかるアライメント方法はコア径の小さいシングルモード光ファイバーに用いることが好適であるが、マルチモード光ファイバーにも用いることができる。さらに光ファイバー以外の物に集光させる場合にも利用することができる。
【００３４】
またレーザー光を散乱させ、角度を変化させる部材は磨りガラスに限らず、拡散シート等の光学シートや、光学フィルター等でもよい。さらには光路上にレーザー光を散乱させる散乱部材を設けなくても、集光レンズの位置をずらし焦点位置を変えてもよい。これにより、レーザー光のスポットがぼやけ、ビーム径が太くなるため、同様の効果を得ることができる。同様に光源や光ファイバーの入射面の位置をずらしてもよい。また、散乱部材は集光レンズと異なるレンズでもよい。当該レンズをさらに光路上に挿入しても、レーザー光の角度が変わり同様の効果を得ることができる。
【００３５】
磨りガラスの移動は上下の平行移動に限らず、他の方向の平行移動、回転移動等でもよく、粗調整時に光路上に挿入されればよい。また光路若しくは光路の近傍にホルダー等を設け、粗調整時と微調整時で磨りガラスをホルダー等から取り外しするような実施の形態でもよい。またレーザー光の一部のみを拡散させ、角度を変えても同様の効果を得ることができる。さらに粗さの異なる２種類以上の磨りガラスを光路上に挿入できるように配置し、粗調整を段階的に行うようにしてもよい。
【００３６】
本発明にかかるアライメント方法は、光ファイバーで光を伝達する光学装置、検査装置に好適である。例えば半導体検査装置、ＬＣＤ用検査装置、フォトマスク用検査装置等の検査装置に用いることが好適である。装置や光学系の構成が複雑な場合であっても、磨りガラスを出し入れするだけでよいので簡易な構成でアライメント時間を短縮することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、アライメント時間を短縮することができ、接着剤に与えるダメージが少ないアライメント方法及び光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるアライメント方法の光学系を示す構成図である。
【図２】光ファイバーの位置調整手段の構成を示す
【図３】本発明の実施の形態２にかかるアライメント方法の光学系を示す構成図である。
【図４】光ファイバーの断面図である。
【図５】従来のアライメント方法の光学系を示す構成図である。
【符号の説明】
１　ファイバー
２　コア
３　フェルール
４　レーザー
５　集光レンズ
６　レーザー光
７　磨りガラス
８　シャッター
９　位置調整つまみ
１０　バネ
１１　レーザー光の輝度プロファイル

Claims

光源からの光を所定の位置にアライメントする方法であって、
前記光源からの光を集光する集光レンズと、
前記光源からの光を散乱させる散乱部材を備え、
前記散乱部材を光路上に挿入し、光の位置を粗調整するステップと、
前記散乱部材を光路上から取り除き、光の位置を微調整するステップを有するアライメント方法。
光源からの光を光ファイバーにアライメントする方法であって、
前記光源からの光を光ファイバーに集光する集光レンズと、
前記光源からの光を散乱させる散乱部材を備え、
前記散乱部材を光路上に挿入し、光の位置を粗調整するステップと、
前記散乱部材を光路上から取り除き、光の位置を微調整するステップを有するアライメント方法。
前記光ファイバーがシングルモード光ファイバーである請求項２記載のアライメント方法。
前記光ファイバーが当該光ファイバーの先端部外面に設けられたフェルールによって保持され、
前記光ファイバーとフェルールが接着剤によって固定されている請求項２又は３いずれかに記載のアライメント方法。
前記光源からの光を遮るシャッターを備え、
前記シャッターに前記散乱部材が取り付けられ、前記シャッターの動作により前記散乱部材が光路上に挿入されることを特徴とする前記請求項１乃至４いずれかに記載のアライメント方法。
前記散乱部材が磨りガラスであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のアライメント方法。
光ファイバーによって光を伝達する光学装置であって、
光源と、
光源からの光を前記光ファイバーに集光させる集光レンズと
前記光源からの光を散乱させる散乱部材を備え、
前記散乱部材を光の光路上の第１の位置と当該光路外の第２の位置の間を移動可能として光学装置。
前記光ファイバーがシングルモード光ファイバーである請求項７記載の光学装置。
前記光ファイバーが当該光ファイバーの先端部外面に設けられたフェルールによって保持され、
前記光ファイバーとフェルールが接着剤によって固定されている請求項７又は８いずれかに記載のアライメント方法。
前記光源からの光を遮るシャッターを備え、
前記散乱部材が前記シャッターに取り付けられ、当該シャッターの動作により当該散乱部材が前記第１の位置と第２の位置の間を移動する請求項７乃至９いずれかに記載の光学装置。
前記散乱部材が磨りガラスであることを特徴とする請求項８乃至１１いずれかに記載の光学装置。