JP2012078725A - 光軸調芯用治具、それを備えた光軸調芯装置、および、光軸調芯方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 調芯作業の手間を省くことができかつ調芯精度を向上させる光軸調芯用治具、光軸調芯装置、および、光軸調芯方法を提供する。
【解決手段】 光軸調芯用治具は、台との間でジンバルを構成する光軸調芯用冶具であって、複数の光導出入口を備えるデバイスを保持するための保持部と、前記光導出入口に対向する光軸と交差する方向に前記保持部をスライド移動させるためのスライド手段とを備える。光軸調芯装置は、光軸調芯用治具と、前記光軸調芯用冶具との間でジンバルを構成する前記台と、前記台を前記光軸と交差する方向に移動する可動ステージと、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光軸調芯用治具、それを備えた光軸調芯装置、および、光軸調芯方法に関するものである。

光軸調芯装置は、各種の光学部品を組み合わせて互いの光軸を合致させて固定するための装置である。光学部品の光軸を高精度に一致させてから溶接することによって、光デバイスの光伝達効率を向上させることができ、ノイズ低減に伴って光伝送距離を長くすることができる。例えば、特許文献１は、パッケージ内の光素子と光ファイバとの間で光軸を調芯する装置を開示している。

特開２００５−２１４７７６号公報

ところで、複数の光素子を備えるパッケージと光ファイバとの光軸を調芯する場合、複数の光素子に対して順番に調芯する必要がある。この場合、全ての光素子に光ファイバを接続しようとすると、調芯ごとにパッケージを移動させる必要があり、調芯作業に手間がかかる。

また、光軸調芯装置では、デバイス本体に比して非常に小さな径を有する光ファイバ接合面に応力をかけてパッケージの光ファイバの光軸と光ファイバの面を規定の角度にさせる必要がある。しかしながら、デバイスの光ファイバ接合面には壊れやすい光学部品（例えばレンズ、アイソレータなど）が接合されており、応力をかけることができない。このような環境のなかで面合わせの精度を上げるには、調芯時に応力をかけるデバイスをふくめた治具のバランスが重要となるが、従来の調芯治具では、精度良く固定位置バランスを修正することができなかった。

本発明は、調芯作業の手間を省くことができかつ調芯精度を向上させる光軸調芯用治具、光軸調芯装置、および、光軸調芯方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光軸調芯用治具は、台との間でジンバルを構成する光軸調芯用冶具であって、複数の光導出入口を備えるデバイスを保持するための保持部と、前記光導出入口に対向する光軸と交差する方向に前記保持部をスライド移動させるためのスライド手段とを備えたことを特徴とするものである。本発明に係る光軸調芯用治具によれば、調芯作業の手間を省くことができかつ調芯精度を向上させることができる。

上記光軸調芯用治具は、前記スライド手段のスライド移動によって生じる重心バランスの変化を緩和するためのカウンターウェイトを配置可能な配置部を備えていてもよい。

本発明に係る光軸調芯装置は、上記のいずれかの光軸調芯用治具と、前記光軸調芯用冶具との間でジンバルを構成する前記台と、前記台を前記光軸と交差する方向に移動する可動ステージと、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る光軸調芯用治具によれば、調芯作業の手間を省くことができかつ調芯精度を向上させることができる。

本発明に係る光軸調芯方法は、台との間でジンバルを構成する光軸調芯用冶具に設けられた、スライド移動可能な保持部に複数の光導出入口を備えるデバイスを保持する第１工程と、前記第１工程後に、前記複数の光導出入口の何れかと前記光ファイバ光軸とを調芯する第２工程と、前記第２工程後に、前記光導出入口と前記光ファイバとを固定する第３工程と、前記第３工程後に、前記保持部を前記光ファイバ光軸と交差する方向にスライド移動させる第４工程と、前記第４工程後に、他の前記光導出入口と他の光ファイバ光軸とを調芯する第５工程と、前記第５工程後に、前記他の光導出入口と前記他の光ファイバとを固定する第６工程と、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る光軸調芯方法によれば、調芯作業の手間を省くことができかつ調芯精度を向上させることができる。

上記光軸調芯方法は、前記第５工程の前に、カウンターウェイトを用いて前記スライド手段のスライド移動によって生じる重心バランスの変化を緩和する工程を含んでいてもよい。前記デバイスは、信号光および基準光が入力されるコヒーレント通信用の受信機であって、前記最初に調整する前記光導出入口は、前記基準光が入力される光導出入口であってもよい。

本発明に係る光軸調芯用治具、光軸調芯装置、および、光軸調芯方法によれば、調芯作業の手間を省くことができる。

（ａ）は第１の実施形態に係る光軸調芯装置の全体構成を説明するための模式図であり、（ｂ）は光素子内蔵のデバイスの模式図である。 光軸調芯用治具の斜視図である。 （ａ）は光軸調芯用治具の平面図であり、（ｂ）は光軸調芯用治具の側面図であり、（ｃ）はスライド部の平面図である。 第１の実施形態に係る調芯作業工程を説明するためのフロー図である。 水平出し治具について説明するための図である。 第２の実施形態に係る光軸調芯用治具の斜視図である。 （ａ）は光軸調芯用治具の平面図であり、（ｂ）は光軸調芯用治具の側面図である。 第２の実施形態に係る調芯作業工程を説明するためのフロー図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
（第１の実施形態）

図１（ａ）は、第１の実施形態に係る光軸調芯装置１００の全体構成を説明するための模式図である。図１（ａ）を参照して、光軸調芯装置１００は、台１０、光軸調芯用治具２０、可動ステージ８０、ファイバガイド３０、複数のＹＡＧレーザ出射口４０、および、コントローラ５０を含む。

図１（ｂ）は、光素子内蔵のデバイス６０の模式図である。本実施形態では、デバイス６０としてコヒーレント通信用受信機を開示している。図１（ｂ）に示すように、デバイス６０は、内部に複数の光素子６１を備える。デバイス６０には、光素子６１のそれぞれに対応して、光導出入口６２が形成されている。この光導出入口６２は、デバイス６０の本体とは別部品で提供され、それぞれがデバイス６０の本体と溶接固定されている。各光素子６１と各光導出入口６２との間には、レンズ６３が設けられている。また、デバイス６０には、各光素子６１と電気的に接続される複数の端子６４が設けられている。なお、光素子６１が発光素子である場合、光導出入口６２は光導出口として機能する。光素子６１が受光素子である場合、光導出入口６２は光導入口として機能する。

光デバイス６０がコヒーレント通信用受信機の場合、３組の光素子６１、光導出入口６２およびレンズ６３を備える。中央の光素子６１は、基準光（ＬＯ光）用の受光素子である。両側の光素子６１は、Ｘ偏波信号光用受光素子およびＹ偏波信号光用受光素子である。

光軸調芯用治具２０は、台１０上にジンバルを構成するように接続されている。光軸調芯用冶具２０に保持されたデバイス６０には、ジンバル中心を軸とした傾きを与えることができる。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、光軸調芯用治具２０の斜視図である。図３（ａ）は、光軸調芯用治具２０の平面図である。図３（ｂ）は、光軸調芯用治具２０の側面図である。図３（ｃ）は、後述するスライド部２３の平面図である。以下、図２（ａ）〜図３（ｃ）を参照して、光軸調芯用治具２０の構造の詳細について説明する。

光軸調芯用治具２０は、治具フレーム２１、固定ネジ２２、スライド部２３、および、スライドつまみ２４を含む。スライド部２３は、デバイス６０を保持する保持部として機能する。スライド部２３は、スライドつまみ２４と連結されたスライド手段（図示せず）により、スライド可能に構成されている。デバイス６０は、スライド部２３の略中心部に保持される。光軸調芯用治具２０は、ファイバガイド３０の光ファイバのスリーブ側面に対して垂直な面をなすステージである。前述したように、治具フレーム２１は、光ファイバに対する面角度が可変となるように光軸調芯装置１００の台１０との間でジンバルを構成している。固定ネジ２２は、デバイス６０を光軸調芯用治具２０に対して固定するための固定部材である。固定ネジ２２を締めることによって、治具フレーム２１に対するデバイス６０の光導入出入口６２の面角度の関係を固定することができる。

スライド部２３は、治具フレーム２１の面上をスライド可能な部材である。本実施例においては、スライド部２３のスライド移動方向は、台１０の直径に一致しており、デバイス６０の複数の光導出入口６２を台の中心にもってくることが可能となる。これにより、光導出入口２０それぞれをジンバル中心に移動させることが出来るようになる。

図１（ａ）に示すように、光軸調芯用冶具２０および台１０は可動ステージ８０上に配置されている。可動ステージ８０によってファイバガイド３０の光ファイバの光軸とデバイス６０の光導出入口６２とを位置あわせすることができる。

図４は、調芯作業工程を説明するためのフロー図である。図４を参照して、ステップＳ１において、光軸調芯用治具２０に固定されたデバイス６０のいずれかの光導出入口６２をファイバガイド３０の光ファイバに対して垂直にする（水平出し）。具体的には、図５（ａ）に記載されているように、ファイバガイド３０の先端部（チャック３２）に、水平出し治具３１を固定する。

水平出し治具３１は、チャック３２に固定されると、水平出し治具３１の底面が、チャック３２の光ファイバ導入口３３に対して、垂直な面となるように、形成されている。ジンバルをフリーにした後、水平出し治具３１の底面を光導出入口６２に対して押し当てると、光導出入口６２が光ファイバに対して垂直になるように光軸調芯用治具２０の面角度が追従する。この後、ジンバルをロックしてこの面角度を固定する。

次に、ステップＳ２において、水平出し治具３１を取り外し、光ファイバをチャック３２に固定し、調芯を行う。次に、ステップＳ３において、ＹＡＧレーザ出射口４０により出射されるＹＡＧ光よる溶接を行う。図５（ｂ）はデバイス６０の光導出入口６２付近の拡大図である。光ファイバ６５は、その先端がスリーブ６６に包囲されている。スリーブ６６の側面であるスリーブ側面６８は、光ファイバ６５の光軸と平行である。スリーブ６６には光ファイバ固定具６７が装着されている。ステップＳ２によって調芯された光ファイバ６５は、図５（ｂ）に示すようにＹＡＧレーザによって、光導出入口６２と溶接固定される。

次に、ステップＳ４において、スライドつまみ２４を用いてスライド部２３をスライドさせ、次に溶接する光導出入口６２を光ファイバの光軸の位置に移動させる。次に、ステップＳ５において、ジンバルのロックを解除した後、ステップＳ１と同様に、水平出し治具３１を用いて光導出入口６２をファイバガイド３０の光ファイバに対して垂直にする（水平出し）。

前述したように、光導出入口６２は、デバイス６０の本体とは別部品で提供され、それぞれがデバイス６０の本体と溶接固定されている。したがって、各光導入出口６２は異なる方向を向いていることがあり、最初の光導出入口６２の溶接において水平出しが出来ていても、次の光導出入口６２の水平出しはできていないことがある。このため、ステップＳ５においてステップＳ１と同様な水平出しを行っている。この際、対象となる光導出入口６２は、前記スライドによってジンバル中心に位置しているため、水平出しが容易である。

次に、ステップＳ６において、水平出し治具３１を取り外し、光ファイバをチャック３２に固定し、調芯を行う。次に、ステップＳ７において、ＹＡＧレーザ出射口４０より出射されるＹＡＧレーザ光による溶接を行う。これにより、光ファイバの先端のスリーブが光導出入口６２に接続される。以上の工程をすべての光導出入口６２に対して繰り返すことによって、デバイス６０に光ファイバを固定することができる。

本実施形態によれば、スライド部２３がスライド手段によってスライド可能であるので、デバイス６０を光軸調芯治具２０から取り外すことなく、デバイス６０の各光導出入口６２の位置をジンバル中心に移動させることができる。なお、本実施形態において説明したように、最初に基準光（ＬＯ光）を導入する光導出入口６２を溶接すれば、そこから基準光を入力することで、他の光ファイバを溶接する前にデバイスの良否を確認できる点で好ましい。
（第２の実施形態）

図６（ａ）および図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る光軸調芯用治具２０ａの斜視図である。図７（ａ）は、光軸調芯用治具２０ａの平面図である。図７（ｂ）は、光軸調芯用治具２０ａの側面図である。以下、図６（ａ）〜図７（ｂ）を参照して、光軸調芯用治具２０ａの構造の詳細について説明する。

光軸調芯用治具２０ａが第１の実施形態に係る光軸調芯用治具２０と異なる点は、カウンターウェイト７０を固定するための配置部を備える点である。本実施形態においては、当該配置部は、スライド部２３周辺の治具フレーム２１上の領域であり、固定具７１および固定具７２を備えている。固定具７１および固定具７２は、一例として、カウンターウェイト７０の底面に形成された凹部に嵌合する凸部である。したがって、カウンターウェイト７０の凹部を固定具７１，７２に嵌合させることによって、カウンターウェイト７０を光軸調芯用治具２０ａ上に固定することができる。

固定具７１，７２は、スライド部２３の周囲において、スライド部２３のスライド移動によって生じる光軸調芯用治具２０ａの重心バランスの変化を緩和する位置に配置されている。本実施形態においては、固定具７１，７２は、デバイス６０に対して、スライド部２３のスライド方向の延長上のいずれかの箇所に設けられている。一例として、各光導出入口６２の配置点を結ぶ線上に配置されている。例えば、スライド部２３を移動させた場合に、カウンターウェイト７０をスライド部２３の移動方向と反対側に配置してもよい。この場合、スライド部２３の移動に起因して生じる重心バランスの変化を緩和することができる。あらかじめスライド部２３のスライド移動量とパッケージ６０の重量とが定まっていると、重心バランスの変化量もあらかじめ定まる。したがって、カウンターウェイト７０がこの重心バランスの変化量を相殺する重さを有していれば、光軸の調芯精度が向上する。

本実施形態では、デバイス６０の中央の光導出入口６２から対象とする端の光導出入口６２を移動させるためにスライド部２３をスライドさせているが、スライドさせると光軸調芯用治具２０ａの重心バランスが変化する。それにより、水平出し治具３１を用いても光ファイバ６５に対する治具フレーム２１の面角度が垂直にならないことがある。そこで、重心バランスの変化を緩和するように光軸調芯用治具２０ａにカウンターウェイト７０を配置することによって、光ファイバ６５に対する治具フレーム２１の面角度を垂直にすることができる。

図８は、本実施形態に係る調芯作業工程を説明するためのフロー図である。図８を参照して、ステップＳ１１において、デバイス６０のいずれかの光導出入口６２をファイバガイド３０の光ファイバ６５に対して垂直にする（水平出し）。

次に、ステップＳ１２において、水平出し治具３１を取り外し、光ファイバ６５をチャック３２に固定し、光導出入口６２の調芯開始位置へ移動させ、調芯を行う。次に、ステップＳ１３において、調芯終了後、ＹＡＧレーザ出射口４０より出射されるＹＡＧレーザ光による溶接を開始する。それにより、光ファイバ６５が光導出入口６２に接続される。

次に、ステップＳ１５において、スライドつまみ２４を用いてスライド部２３をスライドさせ、次の光導出入口６２を光ファイバ６５の光軸の位置に移動させる。次に、ステップＳ１６において、スライド部２３のスライド移動に起因して生じる重心バランスの変化を相殺するように、カウンターウェイト７０を固定具７２に固定する。次に、ステップＳ１７において、水平出し治具３１を用いて光導出入口６２をファイバガイド３０の光ファイバ６５のスリーブ面６８に対して垂直にする（水平出し）。

次に、ステップＳ１８において、光ファイバ６５をチャック３２に固定し、光導出入口６２の調芯開始位置へ移動させ、調芯を行う。次に、ステップＳ１９において、調芯終了後、ＹＡＧレーザ出射口４０より出射されるＹＡＧレーザ光による溶接を開始する。それにより、光ファイバ６５が光導出入口６２に固定される。以上の工程によって、複数の光素子６１と光ファイバ６５との光軸を一致させることができる。

本実施形態によれば、カウンターウェイト７０を配置することによって、重心バランスの変化を緩和することができる。それにより、光軸調芯作業の手間を省くことができるとともに、光軸調芯精度を向上させることができる。

ここで、カウンターウェイト７０を用いた重心ズレの抑制についての実験結果について説明する。３つの光導出入口６２を備えるパッケージ６０を用いて実験を行った。両側の光導出入口６２の中心が、中央の光導出入口６２の中心から５ｍｍずつ離れているものとする。中央の光導出入口６２に対して左側をマイナスの位置とし、右側をプラスの位置とする。

カウンターウェイト７０を用いなかった場合を比較例とする。表１に示すように、比較例において、光軸調芯用治具２０ａの重心ズレが±２．５ｍｍであったとする。この場合、５０ｇのカウンターウェイトを用いた場合に、表２に示すように、重心ズレを±０．５ｍｍに抑制することができた。このように、カウンターウェイト７０を用いることによって、光軸調芯作業の手間を省くことができるとともに、光軸調芯精度を向上させることができる。

なお、上記各例において、スライド部２３はスライドつまみ２４を用いてスライド可能であったが、アクチュエータ等を用いてスライド部２３を自動で移動させてもよい。

なお、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 台
２０，２０ａ 光軸調芯用治具
２１ 治具フレーム
２２ 固定ネジ
２３ スライド部
２４ スライドつまみ
３０ ファイバガイド
３１ 水平出し治具
３２ チャック
３３ 光ファイバ導入口
４０ ＹＡＧレーザ出射口
５０ コントローラ
６０ デバイス
６１ 光素子
６２ 光導出入口
６３ レンズ
６４ 端子
６５ 光ファイバ
６６ スリーブ
６８ ガイド
７０ カウンターウェイト
７１，７２ 固定具
８０ 可動ステージ
１００ 光軸調芯装置

Claims (6)

1. 台との間でジンバルを構成する光軸調芯用冶具であって、
   複数の光導出入口を備えるデバイスを保持するための保持部と、
   前記光導出入口に対向する光軸と交差する方向に前記保持部をスライド移動させるためのスライド手段とを備えたことを特徴とする光軸調芯用治具。
2. 前記スライド手段のスライド移動によって生じる重心バランスの変化を緩和するためのカウンターウェイトを配置可能な配置部を備えることを特徴とする請求項１記載の光軸調芯用治具。
3. 請求項１又は２に記載の光軸調芯用治具と、
   前記光軸調芯用冶具との間でジンバルを構成する前記台と、
   前記台を前記光軸と交差する方向に移動する可動ステージと、を備えることを特徴とする光軸調芯装置。
4. 台との間でジンバルを構成する光軸調芯用冶具に設けられた、スライド移動可能な保持部に複数の光導出入口を備えるデバイスを保持する第１工程と、
   前記第１工程後に、前記複数の光導出入口の何れかと前記光ファイバ光軸とを調芯する第２工程と、
   前記第２工程後に、前記光導出入口と前記光ファイバとを固定する第３工程と、
   前記第３工程後に、前記保持部を前記光ファイバ光軸と交差する方向にスライド移動させる第４工程と、
   前記第４工程後に、他の前記光導出入口と他の光ファイバ光軸とを調芯する第５工程と、
   前記第５工程後に、前記他の光導出入口と前記他の光ファイバとを固定する第６工程と、を含むことを特徴とする光軸調芯方法。
5. 前記第５工程の前に、カウンターウェイトを用いて前記スライド手段のスライド移動によって生じる重心バランスの変化を緩和する工程を含むことを特徴とする請求項４記載の光軸調芯方法。
6. 前記デバイスは、信号光および基準光が入力されるコヒーレント通信用の受信機であって、
   前記最初に調整する前記光導出入口は、前記基準光が入力される光導出入口であることを特徴とする請求項４又は５記載の光軸調芯方法。

Images