JP2011081107A - 光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法 - Google Patents

光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
簡易かつ迅速に光ファイバ側コネクタと光デバイス側コネクタとの当接位置を割り出すことができる光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法を提供する。
【解決手段】
本発明に係る光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法は、光ファイバ側コネクタｃ１および光デバイス側コネクタｃ２の内、一方のコネクタを第１のコネクタ８１として上方に、他方のコネクタを第２のコネクタ８２として第１のコネクタ８１の鉛直下方にそれぞれ位置させると共に、これら第１および第２のコネクタ８１、８２を接合する部位が離間した状態で対向するように配置する第１の工程と、第１のコネクタ８１を第２のコネクタ８２上に落下させ、これら第１および第２のコネクタ８１、８２どうしを当接させる第２の工程と、第１のコネクタ８１を上昇手段２８により上昇させて第１および第２のコネクタ８１、８２間が所定間隔Ｌとなるように離間させる第３の工程とを含むものである。
【選択図】図９

Description

本発明は、光ファイバと発光素子や受光素子などの光デバイスとの光軸調整方法に係り、特に、簡易かつ迅速に光ファイバ側コネクタと光デバイス側コネクタとの当接位置を割り出すことができるものに関する。
インターネット等の通信網の整備に伴い、大容量の情報を高速で送受信するものとして光ファイバを用いた光通信の比重が益々大きくなっている。この光通信にあっては、光ファイバおよびこれらに接続される発光素子や受光素子等の光デバイスが主な役目を担っており、とりわけ光ファイバと光デバイスとの光軸合わせは極めて重要な要素技術である。
この光ファイバおよび光デバイスは、例えば、図１０（ｂ）に示したように、光ファイバｂ１側に光ファイバ側コネクタｃ１が、光デバイスｂ２側に光デバイス側コネクタｃ２が取り付けられているもので、これらコネクタｃ１、ｃ２の光軸を合わせる場合、まず、両コネクタｃ１、ｃ２の接合部を鉛直方向に対向させて僅かに離間させて保持し、例えば、発光素子（光デバイスｂ２）から光を発しながら受光側の光ファイバｂ１にこの光を導いて受光強度を測定し、コネクタｃ１、ｃ２を水平方向に相対移動させながら、この受光強度が最大になる位置を探索して光軸合わせを行うものであり、その後、コネクタｃ１、ｃ２どうしはレーザー溶接等により接合される。
ここで、上述した光ファイバ側コネクタｃ１と光デバイス側コネクタｃ２とを僅かに離間させるのは、両コネクタｃ１、ｃ２を接触した状態で相対移動させると、コネクタｃ１、ｃ２どうしの摩擦により移動が円滑に行われず、レーザー光の受光強度の測定が不安定となり、正確な光軸合わせができないためである。
このような光ファイバ側コネクタｃ１と光デバイス側コネクタｃ２との離間にあっては、従来、例えば、特許文献１の請求項４、図２等に記載されているように、下方に配置する第２のコネクタ（同図の部品１２）側に力覚センサなどの接触検知手段を設け、上方に配置する第１のコネクタ（同図の部品１１）を第２のコネクタに近づけ、これら両コネクタの接触を検知した後、その接触位置から力覚センサにおける力がゼロになる位置まで第１のコネクタを上方向に引き上げるようにして行っていた。
特開２００５−１０７１６０号公報
しかしながら、上述したような光ファイバと光デバイスとの位置決め方法にあっては、接触検知手段により光ファイバ側コネクタと光デバイス側コネクタとの接触の有無を確実に検知することができるものの、該接触検知手段を設ける分、装置が大掛かりになると共に、製造コストの大幅な上昇を招くという問題点があった。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものである。
請求項１に係る発明は、光ファイバの端部に取り付けられる光ファイバ側コネクタと、発光素子や受光素子などの光デバイスに取り付けられる光デバイス側コネクタとを接合し、前記光ファイバの光軸と前記光デバイスの光軸とが一致するように位置決めを行う光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法であって、前記光ファイバ用コネクタおよび前記光デバイス側コネクタの内、一方のコネクタを第１のコネクタとして上方に、他方のコネクタを第２のコネクタとして前記一方のコネクタの鉛直下方にそれぞれ位置させると共に、これら第１および第２のコネクタを接合する部位が離間した状態で対向するように配置する第１の工程と、前記第１のコネクタを前記第２のコネクタ上に落下させ、これら第１および第２のコネクタを当接させる第２の工程と、前記第１のコネクタを上昇手段により上昇させて前記第１および第２のコネクタ間が所定間隔となるように離間させる第３の工程と、前記第１のコネクタまたは／および前記第２のコネクタを水平方向に相対移動させて前記光ファイバおよび前記光デバイスの光軸合わせを行う第４の工程と、を備えている光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法である。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法において、衝撃吸収手段を備え、第１のコネクタが第２のコネクタ上に落下したとき、これら第１および第２のコネクタの衝突による衝撃を緩和するようにしたものである。
請求項１に記載の光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法によれば、光ファイバ用コネクタおよび前記光デバイス側コネクタの内、一方のコネクタを第１のコネクタとして上方に、他方のコネクタを第２のコネクタとして前記一方のコネクタの鉛直下方にそれぞれ位置させると共に、これら第１および第２のコネクタを接合する部位が離間した状態で対向するように配置する第１の工程と、前記第１のコネクタを前記第２のコネクタ上に落下させ、これら第１および第２のコネクタを当接させる第２の工程と、前記第１のコネクタを上昇手段により上昇させて前記第１および第２のコネクタ間が所定間隔となるように離間させる第３の工程と、を備えているため、簡易かつ迅速に光ファイバ側コネクタと光デバイス側コネクタとの当接位置を割り出すことができ、以降行われる第１および第２のコネクタの離間および光軸合わせに円滑に移行することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１記載の光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法の効果に加え、衝撃吸収手段を備え、第１のコネクタが第２のコネクタ上に落下したとき、これら第１および第２のコネクタの衝突による衝撃を緩和するようにしたため、第１および第２のコネクタの衝突により光デバイスや光ファイバが損傷するのを防止することができ、光ファイバと光デバイスとを確実に接続して安定した光通信を実現することができる。
本発明の光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法を実施するためのコネクタ接合装置の一例を示した概略的正面図である。 図１の概略的側面図である。 図１の上部ユニット付近を拡大して示した概略的側面図である。 図１の上部ユニット付近を拡大して示した概略図であり、図４（ａ）は正面図を、図４（ｂ）は左側面図をそれぞれ示している。 図４の概略的平面図である。 図１の下部ユニット付近を拡大して示した概略的正面図である。 図６の概略的平面図である。 図１のコネクタ接合装置を用いたシステムの一例を示したブロック図である。 本発明の光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法に係る工程を説明するための要部の一部切断概略的拡大図であり、図９（ａ）は第１の工程を、図９（ｂ）は第２の工程を、図９（ｃ）は第３および第４の工程を、図９（ｄ）はコネクタどうしの接合工程をそれぞれ示している。 本発明に用いられる光ファイバ、光デバイスおよびこれらのコネクタを示した概略図であり、図１０（ａ）は光軸調整前の図を、図１０（ｂ）は光軸調整後の図をそれぞれ示している。
本発明の一実施例を、図１〜図１０を参照して説明する。Ａは、コネクタ接合装置であり、コネクタ接合装置Ａは、図１０（ｂ）に示したように、光ファイバ側コネクタｃ１が取り付けられた光ファイバｂ１の光軸と、光デバイス側コネクタｃ２が取り付けられた光デバイスｂ２の光軸とを合わせて両コネクタｃ１、ｃ２どうしを接合するもので、図１に示したように、概略的に、機体１と、上部ユニット２と、下部ユニット３と、接合手段４とにより構成されている。
機体１は、上部ユニット２と、下部ユニット３と、接合手段４とを一体的に固定するもので、図１に示したように、正面視、両側に支柱１１、１１が立設され、これら支柱１１、１１の上端部を繋ぐように取付部材１２が横架されている。
前述の上部ユニット２は、図１、図２に示したように、取付部材１２に取り付けられているものであり、図３に示したように、把持手段２１と、固定手段２５と、上昇手段２８とを備えている。なお、この上部ユニット２は、同図に示したように、取付部材１２に取り付けられた軸受け１３に軸支された軸１４により、アーム２９を介して回動自在に取り付けられているもので、例えば、エアシリンダ７により回動され、図２の仮想線で図示したように、機体１の前方に可動できるようになっている。
把持手段２１は、光ファイバ側コネクタｃ１および光デバイス側コネクタｃ２の内、一方のコネクタを第１のコネクタ８１として上方に位置するように把持するもので、本実施例にあっては、第１のコネクタ８１として光ファイバ側コネクタｃ１を例示しており、この第１のコネクタ８１は、図４に示したように、慣用のチャック２１ａにより接合部が下方を向くように着脱自在に固定されている。
また、把持手段２１には、図３に示したように、側面視、略Ｌ字状のブラケット２２が取り付けられており、このブラケット２２の背面側には、図４、図５に示したように、側方に張り出した張出部２３ａを有する平板状の係止片２３がネジ止め等により固定されている。この把持手段２１および係止片２３は、上下方向に移動できるように、ブラケット２２に取り付けられたスライダ２４を介してガイドレール２６に摺動自在に取り付けられている（図５参照）。
固定手段２５は、把持手段２１を係脱可能に固定するもので、例えば、図５に示したように、張出部２３ａを係止部材２５ａ、２５ａにより前後方向から挟持するように設けられている。この係止部材２５ａ、２５ａは、図示していないエアシリンダ等により、図５の矢印で示した方向に進退できるようになっており、係止部材２５ａ、２５ａの係止片２３への係止が解除されたときには、把持手段２１は、自重により降下するものである。
上昇手段２８は、アーム２９に取り付けられ、把持手段２１を固定手段２５により固定した状態で該固定手段２５と共に上昇させるものであり、後記するように、第１および第２のコネクタ８１、８２どうしが当接した状態から所定間隔となるように離間させるもので、モータやエアシリンダ等のアクチュエータが用いられる。
ところで、コネクタ接合装置Ａには、図４（ａ）、（ｂ）に示したように、衝撃吸収手段２７を設けてもよく、この衝撃吸収手段２７は、固定手段２５による把持手段２１の係止が解除されて第１のコネクタ８１が第２のコネクタ８２上に落下したとき、これら第１および第２のコネクタ８１、８２の衝突による衝撃を緩和するもので、例えば、バネ部材２７ａであり、このバネ部材２７ａの上端は、ガイドレール２６の側部に取り付けられた取付部材２７ｂに、下端は、ブラケット２２にそれぞれ取り付けられている。
前述の下部ユニット３は、図６、図７に示したように、水平方向に移動可能なＸＹステージ３１と、このＸＹステージ３１に取付部材３４を介して取り付けられたコネクタホルダ３５とを備えている。
ＸＹステージ３１には、図７に示したように、該ＸＹステージ３１を、前後方向に移動させるＸ軸アクチュエータ３２と、左右方向に移動させるＹ軸アクチュエータ３３とが取り付けられ、これらのアクチュエータ３２、３３は、後記する制御手段６からの駆動信号を受信して水平方向を自在に移動できるようになっている。
コネクタホルダ３５は、光ファイバ用コネクタｃ１および光デバイス側コネクタｃ２の内、他方のコネクタを第２のコネクタ８２として前述の一方のコネクタ（第１のコネクタ８１）の鉛直下方に位置するように保持するもので、本実施例にあっては、第２のコネクタ８２として光デバイス側コネクタｃ２を例示しており、この第２のコネクタ８２は、図６、図７に示したように、慣用のチャック３５ａにより接合部が上方（第１のコネクタ８１側）を向くように着脱自在に固定されている。
前述の接合手段４は、第１のコネクタ８１と第２のコネクタ８２とを接合するものであり、非接触で接合ができるような手段が好ましく、例えば、レーザー照射ユニットである。このレーザー照射ユニットによれば、レーザー光の照射面積を調整することにより、両コネクタ８１、８２の間が数〜数十μｍ離間していても溶接が可能であり、非接触で接合するため、第１のコネクタ８１と第２のコネクタ８２とが相対的に位置ズレするのを抑制することができる。なお、接合手段４は、必ずしも両コネクタ８１、８２を全周に亘って溶接できるものではなくてもよく、例えば、１２０°間隔でスポット的に溶接できるように、接合手段４を３方向に等分に配置するようにしてもよい。
次に、上記のように構成されるコネクタ接合装置Ａを用いたシステムの一例について説明すると、図８に示したように、上部ユニット２、下部ユニット３および接合手段４は、いずれも制御手段６に接続されており、第２のコネクタ８２に発光素子（例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）などの光デバイスｂ２）が接続されている場合にあっては、制御手段６に接続された電源６１をＯＮにして下部ユニット３に装着された発光素子（光デバイスｂ２）から光を発し、この光を上部ユニット２に装着された光ファイバｂ１により受光して光強度計６２により受光強度を測定し、この受光強度信号を制御手段６に回帰させる。そして、下部ユニット３において、アクチュエータ３２、３３（図７参照）によりＸＹステージ３１を水平方向に移動させ、受光強度が最大となる位置を探索して、その値が最大となる位置において第１および第２のコネクタ８１，８２を接合手段４により接合する。
一方、第２のコネクタ８２に受光素子（例えば、フォトダイオード（ＰＤ）などの光デバイスｂ２）が接続されている場合にあっては、制御手段６に接続された光源６３を介して上部ユニット２に装着された光ファイバｂ１から光を発し、この光を下部ユニット３に装着された受光素子（光デバイスｂ２）により受光して電流計６４により電流を測定し、この電流信号を制御手段６に回帰させる。そして、下部ユニット３において、アクチュエータ３２、３３（図７参照）によりＸＹステージ３１を水平方向に移動させ、電流が最大となる位置を探索して、その値が最大となる位置において第１および第２のコネクタ８１，８２を接合手段４により接合する。
次に、光ファイバｂ１と光デバイスｂ２との光軸調整方法について、図９（ａ）〜（ｂ）を参照して説明すると、まず、図９（ａ）に示したように、光ファイバ側コネクタｃ１および光デバイス側コネクタｃ２の内、一方のコネクタ（本実施例にあっては、光ファイバ側コネクタｃ１）を、把持手段２１のチャック２１ａに固定し、第１のコネクタ８１として上方に、他方のコネクタ（本実施例にあっては、光デバイス側コネクタｃ２）を、コネクタホルダ３５のチャック３５ａに固定し、第２のコネクタ８２として前述の一方のコネクタ（第１のコネクタ８１）の鉛直下方に、それぞれ位置させると共に、これら第１および第２のコネクタ８１、８２を接合する部位が離間した状態で対向するように配置する（第１の工程）。なお、第１のコネクタ８１には光ファイバｂ１が、第２のコネクタ８２には光デバイスｂ２があらかじめ装着されているものとする。
そして、第１の工程の後、固定手段２５（図４、図５参照）を作動させ、係止部材２５ａ、２５ａによる張出部２３ａの係止を解除して把持手段２１を降下させることにより第１のコネクタ８１を第２のコネクタ８２上に落下させ、図９（ｂ）に示したように、これら第１および第２のコネクタ８１、８２どうしを当接させる（第２の工程）。なお、把持手段２１は、スライダ２４がガイドレール２６に摺動した状態で降下するため、第２のコネクタ８２の鉛直上方にある第１のコネクタ８１は、確実に第２のコネクタ８２上に当接する。
そして、第２の工程の後、固定手段２５を再び作動させて係止部材２５ａ、２５ａにより張出部２３ａを係止し、この係止状態で、把持手段２１に把持された第１のコネクタ８１を上昇手段２８により上昇させて、図９（ｃ）に示したように、第１および第２のコネクタ８１、８２間が所定間隔Ｌ（少なくとも第１および第２のコネクタ８１、８２が離間し、かつ、接合手段４により第１および第２のコネクタ８１、８２が確実に接合できる間隔であって、例えば、接合手段４がレーザー溶接である場合は、０〜数十μｍの範囲内の間隔）となるように離間させる（第３の工程）。
そして、第３の工程の後、同図に示したように、第２のコネクタ８２を、ＸＹステージ３１の作動により水平方向に相対移動させて光ファイバｂ１および光デバイスｂ２の光軸合わせを行う（第４の工程）もので、具体的には、図８に示したように、制御手段６に接続された電源６１をＯＮにして下部ユニット３に装着された発光素子（光デバイスｂ２）から光を発し、この光を上部ユニット２に装着された光ファイバｂ１により受光して光強度計６２により受光強度を測定し、この受光強度信号を制御手段６に回帰させる。そして、下部ユニット３において、アクチュエータ３２、３３（図７参照）によりＸＹステージ３１を水平方向に移動させ、受光強度が最大となる位置を探索して、その値が最大となる位置において、図９（ｄ）に示したように、第１および第２のコネクタ８１，８２を、レーザー照射ユニット（接合手段４）を用いてレーザー溶接する。
ところで、上述した実施例にあっては、第１のコネクタ８１を光ファイバ側コネクタｃ１とし、第２のコネクタ８２を光デバイス側コネクタｃ２とした例について示したが、光ファイバ側コネクタｃ１と光デバイス側コネクタｃ２とを入れ替えてもよく、第１のコネクタ８１を光デバイス側コネクタｃ２とし、第２のコネクタ８２を光ファイバ側コネクタｃ１とするようにしてもよい。
また、上述した実施例にあっては、光デバイスｂ２として発光素子を用いた例について示したが、光デバイスｂ２として受光素子を用いてもよく、かかる場合、図８に示したように、制御手段６に接続された光源６３を介して光ファイバｂ１から光を発し、この光を受光素子（光デバイスｂ２）により受光し、電流計６４により電流を測定し、この電流信号を制御手段６に回帰させ、ＸＹステージ３１を水平方向に移動させ、電流が最大となる位置を探索して、その値が最大となる位置において第１および第２のコネクタ８１，８２を接合手段４により接合するようにしてもよい。
また、上述した実施例にあっては、ＸＹステージ（３１）を下部ユニット３に設ける例について示したが、このＸＹステージは、上部ユニット２に設けたり、上部ユニット２および下部ユニット３の両方に設けてもよく、第１のコネクタ８１、または、第１のコネクタ８１および第２のコネクタ８２を水平方向に相対移動するようにしてもよい。
Ａ コネクタ接合装置
ｂ１ 光ファイバ
ｂ２ 光デバイス
ｃ１ 光ファイバ側コネクタ
ｃ２ 光デバイス側コネクタ
２ 上部ユニット
２１ 把持手段
２３ 係止片
２５ 固定手段
２７ 衝撃吸収手段
２８ 上昇手段
３ 下部ユニット
３１ ＸＹステージ
３５ コネクタホルダ
４ 接合手段
８１ 第１のコネクタ
８２ 第２のコネクタ

Claims (2)

  1. 光ファイバの端部に取り付けられる光ファイバ側コネクタと、発光素子や受光素子などの光デバイスに取り付けられる光デバイス側コネクタとを接合し、前記光ファイバの光軸と前記光デバイスの光軸とが一致するように位置決めを行う光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法であって、
    前記光ファイバ用コネクタおよび前記光デバイス側コネクタの内、一方のコネクタを第１のコネクタとして上方に、他方のコネクタを第２のコネクタとして前記一方のコネクタの鉛直下方にそれぞれ位置させると共に、これら第１および第２のコネクタを接合する部位が離間した状態で対向するように配置する第１の工程と、
    前記第１のコネクタを前記第２のコネクタ上に落下させ、これら第１および第２のコネクタどうしを当接させる第２の工程と、
    前記第１のコネクタを上昇手段により上昇させて前記第１および第２のコネクタ間が所定間隔となるように離間させる第３の工程と、
    前記第１のコネクタまたは／および前記第２のコネクタを水平方向に相対移動させて前記光ファイバおよび前記光デバイスの光軸合わせを行う第４の工程と、を備えていることを特徴とする光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法。
  2. 衝撃吸収手段を備え、第１のコネクタが第２のコネクタ上に落下したとき、これら第１および第２のコネクタの衝突による衝撃を緩和するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法。
JP2009232197A 2009-10-06 2009-10-06 光ファイバと光デバイスとの光軸調整方法 Pending JP2011081107A (ja)

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