JP2004233505A

JP2004233505A - 面合せ装置及び面合せ方法

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Publication number: JP2004233505A
Application number: JP2003020239A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Naito; 藤信宏内; Yoko Hatadaya; 洋子畠田谷
Original assignee: Moritex Corp
Current assignee: Moritex Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP4053898B2; CN1519599A

Abstract

【課題】ゴニオステージを用いて面合せする場合に、熟練者の技巧やＣＣＤカメラなどの撮像素子に頼ることなく、誰でも高精度で簡単且つ確実に面合せできるようにする。
【解決手段】一方の光学部品（２）をＺ方向に直交する２方向に傾斜可能に支持するゴニオステージ（５）と、他方の光学部品（４）をＺ方向に相対移動させるＺステージ（６）により双方の光学部品（２、４）の面合せをする際に、各光学部品（２、４）の接合面同士を当接させて加圧した状態で、一方の光学部品（２）の接合面をゴニオステージ（５）により２方向に傾けながら他方の光学部品（４）に作用するＺ方向の荷重を荷重検出器（１０）で検出し、夫々の傾斜方向について検出荷重が最小となる角度にゴニオステージ（５）を傾けるようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二つの光学部品の接合面同士を当接させて平行出しする面合せ装置及びそれを用いた面合せ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホルダに半導体レーザを組み込んだ光通信用レーザ光源に、光ファイバ固定用のスリーブを溶接／接着して光モジュールを製造する際に、互いの光軸を傾けることなく直線上に一致させることにより調心時間を短縮したり、調心後の溶接／接着時のずれを無くすために、接合面同士の平行出しをする面合せ装置が用いられる。
そして、このような面合せ装置として、エアスイベル機構やゴニオステージを用いたものが知られている。
【０００３】エアスイベル機構を用いた面合せ装置４１は、図４に示すように、レーザ光源（一方の光学部品）２を固定する球面テーブル４２とこれを支持する凹球面４３の間にエアを供給して球面テーブル４２を浮上させてフリーにしておき、この球面テーブル４２に固定したレーザ光源２に光ファイバ固定用のスリーブ（他方の光学部品）４を押し当てることにより、そのスリーブ４の接合面の向きに応じて球面テーブル４２を傾けて面合せを行うものであり、０．０５°程度の高精度で面合せを行うことができる（特許文献１参照）。
【０００４】また、ゴニオステージを用いた面合せ装置５１は、図５に示すように、レーザ光源２を少なくともＺ方向に直交するＸＹ軸回りのθｘ方向及びθｙ方向に傾斜可能なＸ傾斜ステージ５２ｘ及びＹ傾斜ステージ５２ｙを備えたゴニオステージ５２に固定する（特許文献２参照）。
そして、スリーブ４をＺ方向に下ろしてレーザ光源２に接合面同士を当接させ、レーザ光源２及びスリーブ４の傾きをＣＣＤカメラ（図示せず）で撮像することによりゴニオステージ５２の角度調整を行っている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２８１４６４号公報
【特許文献２】特開２００１−１０８８６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エアスイベル機構を用いた面合せ装置４１による場合は、面合せ作業を行う前に球面テーブル４２のバランスをとっておく必要がある。すなわち、通常は接合位置の中央に回転中心が位置されるが、バランスが崩れるとその回転中心の位置がずれてしまい上手く面合せすることができない。
特に、形状や大きさの異なるレーザ光源にスリーブを面合せする場合は、レーザ光源固定用のチャッキング治具を交換する必要があるので、そのたびにバランスを取り直さなければならないという面倒がある。
【０００７】一方、ゴニオステージ５２を用いた面合せ装置５１において、両部品間ギャップをＣＣＤカメラで映し出し、目視により面合せを行う場合は、熟練した技巧が必要とされ、その熟練度によって面合わせ精度、時間、再現性の差が大きいという問題があった。
【０００８】また、ＣＣＤカメラで光学部品の傾きを検出して画像処理により面合せを行う場合は、高精度に面合せしようとすれば高倍率レンズが必要となるため、高輝度照明が必要になり、さらに、画像処理によりレーザ光源２やスリーブ４の傾きを自動判別させる場合にゴミと陰影とを誤って判別するなど確実性に欠けるという問題があった。
【０００９】そこで本発明は、ゴニオステージを用いて面合せする場合に、熟練者の技巧やＣＣＤカメラなどの撮像素子に頼ることなく、誰でも高精度で簡単且つ確実に面合せできるようにすることを技術的課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、一方の光学部品をＺ方向に直交する２方向に傾斜可能に支持するゴニオステージと、他方の光学部品を前記一方の光学部品に対してＺ方向に相対移動させるＺステージにより、これら二つの光学部品の接合面同士を当接させて平行出しする面合せ装置において、前記Ｚステージを移動させて他方の光学部品を一方の光学部品に当接させて加圧した状態で、一方の光学部品の接合面をゴニオステージにより２方向に傾けたときに他方の光学部品に作用するＺ方向の荷重を検出する荷重検出器と、夫々の傾斜方向について前記荷重検出器の検出信号に基づき検出荷重が最小となる角度にゴニオステージを傾ける制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】本発明によれば、他方の光学部品を一方の光学部品に当接させて加圧した状態で、ゴニオステージにより一方の光学部品をＺ方向に直交する２方向に傾けると、それぞれの傾斜方向について傾斜角度に応じた荷重が検出される。
ここで、一方の光学部品の接合面が他方の光学部品の接合面に対して傾斜していると、その傾斜角度が大きくなればなるほどその接合面で他方の光学部品を押し上げることになるので、Ｚ方向に荷重がかかり、逆に、互いの接合面同士が平行に近づけば他方の光学部品を押上る力は小さくなっていき、接合面が平行になると荷重は最小になる。
したがって、Ｚ方向の荷重をモニタしながら、その荷重が最小になる傾斜角度にゴニオステージを固定すれば、各光学部品の接合面が夫々の傾斜方向について面合せができたことになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る面合せ装置を示す概略説明図、図２は制御装置の処理手順を示すフローチャート、図３は角度と荷重の関係を示すグラフである。
【００１３】図１に示す面合せ装置１は、例えば、ホルダに半導体レーザを組み込んだ光通信用レーザ光源（一方の光学部品）２と、そのレーザ光を案内する光ファイバを固定するためのスリーブ（他方の光学部品）４をＹＡＧレーザ等で溶接して光源用光モジュールを組み立てる組立装置に装着され、レーザ光源２及びスリーブ４の接合面同士を平行に面合せするために使用されるものである。
【００１４】この面合せ装置１は、レーザ光源２をＺ方向に直交するＸＹ軸回りのθｘ方向及びθｙ方向に傾斜可能に支持するゴニオステージ５と、スリーブ４をレーザ光源２に対してＺ方向に相対移動させるＺステージ６を備えている。
【００１５】ゴニオステージ５は、レーザ光源２をθｘ方向に傾けるＸ傾斜ステージ５ｘと、θｙ方向に傾けるＹ傾斜ステージ５ｙを備え、夫々がステッピングモータ７ｘ、７ｙで０．００１°の精度で傾動させることができるようになっており、ＸＹ方向に移動するＸＹステージ８に装着されている。
【００１６】また、Ｚステージ６は、駆動装置９で昇降駆動されると共に、Ｚ方向の荷重を検出するロードセル（荷重検出器）１０が設けられており、Ｚステージ６を移動させてスリーブ４をレーザ光源２に当接させて加圧した状態で、レーザ光源２をゴニオステージ５により２方向に傾けたときにスリーブ４に作用する荷重を検出できるようになっている。
【００１７】ロードセル１０は、各傾斜ステージ５ｘ、５ｙの傾き角をコントロールする制御装置１１に接続されており、この制御装置１１に各モータ７ｘ、７ｙ及び駆動装置９が接続され、夫々の傾斜方向に対してロードセル１０の検出信号に基づき検出荷重が最小となる角度に各傾斜ステージ５ｘ、５ｙを傾斜させることができるようになっている。
【００１８】図２は制御装置１１の処理手順を示すフローチャートである。
レーザ光源２及びスリーブ４をゴニオステージ５及びＺステージ６に夫々固定し、スイッチ（図示せず）をオンすると図２の処理が実行開始されて、ステップＳＴＰ１でＺステージ６が降下され、ステップＳＴＰ２でロードセル１０の検出荷重が予め設定された当接荷重（例えば２０００ｍｇ）に達したときにスリーブ４及びレーザ光源２に当接したと判断されてＳＴＰ３へ移行し、ステップＳＴＰ３では、さらにＺステージ６を降下させて加圧し、ロードセル１０の検出荷重が予め設定された加圧荷重（例えば２００ｇ）に達するとステップＳＴＰ４へ移行する。
【００１９】ステップＳＴＰ４では、まず、Ｙ傾斜ステージ５ｙをそのままにしてＸ傾斜ステージ５ｘを所定の角度範囲（例えば±１〜±１０°）で傾けながらロードセル１０の検出信号に基づき角度−荷重データを記憶する。
図３（ａ）は得られた角度−荷重データを表わしたグラフであって、ステップＳＴＰ５でその極小点Ｐｘｍｉｎに基づき傾斜角度θｘｍｉｎを読み出して、ステップＳＴＰ６でその傾斜角度θｘｍｉｎにＸ傾斜ステージ５ｘを傾けてθｘ方向の動きを停止させる。
【００２０】同様に、ステップＳＴＰ７では、Ｘ傾斜ステージ５ｘを傾斜角度θｘｍｉｎに固定してＹ傾斜ステージ５ｙを所定の角度範囲（例えば±１〜±１０°）で傾けながらロードセル１０の検出信号に基づき角度−荷重データを記憶する。
そして、ステップＳＴＰ８でその極小点Ｐｙｍｉｎに基づき傾斜角度θｙｍｉｎを読み出して、ステップＳＴＰ９でその傾斜角度θｙｍｉｎにＹ傾斜ステージ５ｙを傾けてθｙ方向の動きを停止させる。
次いで、ステップＳＴＰ１０では、精度出しのためステップＳＴＰ４〜９の処理を繰返し、２回行った時点でステップＳＴＰ１１に移行する。
【００２１】ステップＳＴＰ１１〜１４は、極小点Ｐｘｍｉｎ、Ｐｙｍｉｎに対応する傾斜角度θｘｍｉｎ、θｙｍｉｎをより精度よく求めるための補正処理である。
すなわち、ステップＳＴＰ４及びステップＳＴＰ７で検出された角度−荷重データが、図３（ｂ）に示すように、一の傾斜方向について検出された最小荷重が所定の角度範囲で一定となった場合は、極小点Ｐｘｍｉｎ、Ｐｙｍｉｎに対応して読み出した傾斜角度θｘｍｉｎ、θｙｍｉｎがその角度範囲の任意の角度に設定されている可能性がある。
このため、ステップＳＴＰ１１では、Ｘ方向について、検出荷重が最小荷重より大きな基準荷重（例えば、最小荷重＋１５０ｇ）と等しくなる二つの点Ｐｘａ、Ｐｘｂの傾斜角度θｘａ、θｘｂを読み出してその中心角θｘｃを算出し、傾斜角度θｘｍｉｎ＝θｘｃとし、ステップＳＴＰ１２に移行してその傾斜角度θｘｍｉｎにＸ傾斜ステージ５ｘを傾けて、θｘ方向のセンタリングを行う。
【００２２】次いで、ステップＳＴＰ１３では、Ｙ方向について同様に、検出荷重が最小荷重より大きな基準荷重（例えば、最小荷重＋１５０ｇ）と等しくなる二つの点Ｐｙａ、Ｐｙｂの傾斜角度θｙａ、θｙｂを読み出してその中心角θｙｃを算出し、傾斜角度θｙｍｉｎ＝θｙｃとし、ステップＳＴＰ１４に移行してその傾斜角度θｙｍｉｎにＹ傾斜ステージ５ｙを傾けて、θｙ方向のセンタリングを行って面合せ処理を終了する。
【００２３】以上の処理により、レーザ光源２の接合面がスリーブ４の接合面に対してθｘ、θｙ方向のいずれに対しても平行になるように面合せされたことになる。
そして、面合せ処理が終了した後、Ｚステージ６を上昇させ、レーザ光源２及びスリーブ４間に荷重がかからない位置で、ＸＹステージ８を移動させると共に、予めスリーブ４内に挿入しておいた光ファイバ（図示せず）を昇降／回転させてレーザ光源２と光ファイバの光軸合せを行った後、周囲３方向からＹＡＧレーザを照射して、スリーブ４とこれに挿入した光ファイバ先端のフェルール（図示せず）同士、レーザ光源２とスリーブ４同士を溶接すれば、光モジュールが完成する。
【００２４】なお、上述の説明では、ロードセル１０をＺステージ６に設けた場合について説明したが、ゴニオステージ５側に取り付けても、スリーブ４に作用するＺ方向の荷重をその反力により検出することができ、両者は技術的に等価である。
また、上述の説明では、面合せを行う場合にゴニオステージ５の各傾斜ステージ５ｘ、５ｙをモータ７ｘ、７ｙにより駆動させる場合について説明したが、本発明に係る面合せ方法を実施する場合は、これに限らず、ロードセル１０の検出荷重をモニタしながら手動で傾斜角度を調整する場合でも良い。
さらに、レーザ光源２に限らず、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードなど任意の光学部品とスリーブ４を面合せしたり、レーザ光源２とレンズホルダを面合せしたり、そのレンズホルダとスリーブ４を面合せする場合など、任意の光学部品同士の面合せに使用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、最小荷重を検出することにより面合せを行うことができるので、熟練度やＣＣＤカメラなどの撮像素子に頼ることなく、誰でもエアスイベルよりも高精度の面合せを簡単且つ短時間で行うことができ、ひいては、後工程である調心時間の大幅な短縮と、ＹＡＧ溶接時のずれを抑えることができるという大変優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面合せ装置を示す概略説明図。
【図２】制御装置の処理手順を示すフローチャート。
【図３】角度と荷重の関係を示すグラフ。
【図４】従来装置を示す説明図。
【図５】従来装置を示す説明図。
【符号の説明】
１………面合せ装置
２………レーザ光源（一方の光学部品）
４………スリーブ（他方の光学部品）
５………ゴニオステージ
５ｘ……Ｘ傾斜ステージ
５ｙ……Ｙ傾斜ステージ
６………Ｚステージ
１０………ロードセル（荷重検出器）
１１………制御装置

Claims

一方の光学部品をＺ方向に直交する２方向に傾斜可能に支持するゴニオステージと、他方の光学部品を前記一方の光学部品に対してＺ方向に相対移動させるＺステージにより、これら二つの光学部品の接合面同士を当接させて平行出しする面合せ装置において、
前記Ｚステージを移動させて他方の光学部品を一方の光学部品に当接させて加圧した状態で、一方の光学部品の接合面をゴニオステージにより２方向に傾けたときに他方の光学部品に作用するＺ方向の荷重を検出する荷重検出器と、夫々の傾斜方向について前記荷重検出器の検出信号に基づき検出荷重が最小となる角度にゴニオステージを傾ける制御装置を備えたことを特徴とする面合せ装置。
前記制御装置は、一の傾斜方向について検出された最小荷重が所定の角度範囲で一定となる場合に、検出荷重が等しく最小荷重より大きな２点の傾き角の中心角にゴニオステージを傾ける補正手段を備えている請求項１記載の面合せ装置。
二つの光学部品の接合面同士を当接させて平行出しする面合せ方法において、双方の光学部品を当接させて加圧した状態で、一方の光学部品をＺ方向に直交する２方向に傾けながら、夫々の傾斜方向について、他方の光学部品に作用するＺ方向の荷重が最小となる角度に前記一方の光学部品の接合面を傾けることを特徴とする面合せ方法。
一の傾斜方向について検出された最小の荷重が所定の角度範囲で一定となる場合に、検出荷重が等しく最小荷重より大きな２点の傾き角の中心角に前記一方の光学部品の接合面を傾ける請求項３記載の面合せ方法。