JP2013061441A - 調芯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光モジュールの製造を容易に行うことが可能な光モジュールの調芯装置を提供する。
【解決手段】回路基板１３上に搭載され、発光素子または受光素子を含む光素子２７と、フェルールなどの保持部材とともに光ファイバの端末が挿入されるスリーブ３４と、光素子２７と光ファイバとを光学的に結合する光学系３９を有するスリーブ部材３２と、を結合してなる光モジュールの製造において、イメージガイドファイバ９３を外皮９４で覆ってなるファイバガイド９０を有する調芯装置により、ファイバガイド９０の一方の端面９１側の端末部をスリーブ３４に挿入して、スリーブ３４および光素子２７の像をイメージガイドファイバ９３の他端から観察することにより、スリーブ部材３２と光素子２７との相対的な位置を調節する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光通信に用いられる光モジュールの製造における調芯装置に関する。

従来より、光通信に用いられる光モジュールとして、発光素子または受光素子を含む光素子と光ファイバとを、光学的に結合するものが知られている。この光モジュールは、一般に、光素子と、フェルールなどの保持部材とともに光ファイバの端末が挿入されるスリーブと、光素子と光ファイバとを光学的に結合する光学系とを有している。光モジュールの製造においては、光素子、スリーブおよび光学系を精度よく位置決めすることが、光ファイバの光損失を小さくする上で重要である。

この種の光モジュールの製造において、例えば特許文献１には、スリーブおよびレンズ（光学系）を有するスリーブ部材と、光素子が封止されたパッケージ部との相対的な位置を合わせる方法が記載されている。この方法は、顕微鏡および調芯装置を用いて行われ、まず、パッケージ部の受発光部の中心が、顕微鏡および調芯装置の視野の中心に位置するよう、顕微鏡および調芯装置とパッケージ部との位置を合わせた後、レンズの中心が受発光部の中心に位置するよう、パッケージ部とスリーブ部材との位置を合わせる方法である。

特開２００９−２７１４５７号公報

しかしながら、上記のような方法では、スリーブ部材とパッケージ部との位置合わせの際に、顕微鏡および調芯装置の位置合わせを行う必要があり、この位置合わせの作業に手間がかかるので改善が望まれていた。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、光モジュールの製造を容易に行うことが可能な光モジュールの調芯装置を提供することを目的とする。

本発明の調芯装置は、発光素子または受光素子を含む光素子と、フェルールなどの保持部材とともに光ファイバの端末が挿入されるスリーブと、前記光素子と前記光ファイバとを光学的に結合する光学系と、を有する光モジュールの製造において、前記スリーブおよび前記光学系を有するスリーブ部材と、前記光素子との相対的な位置を調節する調芯装置であって、一方の端面から他方の端面へ像を伝送するイメージガイドファイバを外皮で覆ってなるファイバガイドを有し、前記ファイバガイドの前記一方の端面側の端末部は前記スリーブに挿入可能とされ、前記ファイバガイドの端末部を前記スリーブに挿入することで、前記スリーブおよび前記光素子の像を観察することが可能とされているものである。
このような構成によれば、スリーブ部材と光素子とを位置合わせする際に、調芯装置の位置合わせを行わなくてよいから、従来に比べて光モジュールの製造を容易に行うことができる。

また、前記ファイバガイドは、前記光素子の活性領域を観察するものとしてもよい。
また、前記ファイバガイドの端末部が前記スリーブに挿入されたときに前記ファイバガイドの一方の端面が配される位置は、前記光ファイバの端末が前記スリーブに挿入されたときに前記光ファイバの端面が配される位置と一致するものとしてもよい。

また、前記光ファイバを伝搬する光と同じ波長の光を照射する照明装置を有するものとしてもよい。
また、前記ファイバガイドの一端は、前記保持部材と同じ外径寸法を有するものとしてもよい。

本発明によれば、光モジュールの製造を容易に行うことが可能な光モジュールの調芯装置を提供することができる。

本実施形態における調芯装置を示す概略図 光モジュールの構成を示す断面図 スリーブ部材の外観斜視図 ファイバガイドの端末部をスリーブに挿入した状態を示す断面図 ファイバガイドの端末部をスリーブに挿入したときにモニタに表示される画像を示す概略図 スリーブ部材と回路基板とが位置合わせされたときにモニタに表示される画像を示す概略図

＜実施形態＞
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態における調芯装置７０は、発光素子または受光素子を含む光素子２７と、光ファイバ１８とを光学的に結合する光モジュール５０の製造において使用されるものである。

光モジュール５０は、光素子２７と、フェルール（保持部材）１９とともに光ファイバ１８の端末が挿入されるスリーブ３４と、光素子２７と光ファイバ１８とを光学的に結合する結合レンズ（光学系）３９と、を有している。

光素子２７は、回路基板１３に実装されている。回路基板１３には、プリント配線技術により図示しない導電路が形成されている。また、回路基板１３には、複数のスルーホール５１が板厚方向に貫通して形成され、各スルーホール５１の内周面には導電路が形成されている。スルーホール５１の内径寸法は、後述するスリーブ部材３２に設けられた基板接続部３８の外形状よりも大きく設定されている（図４参照）。これにより、基板接続部３８は、スルーホール５１にはんだ付けされる前の状態においては、スルーホール５１内において、回路基板１３の板面に沿う方向に移動可能になる。

光素子２７は、回路基板１３の一方の面に備えられ、リフローはんだ付け等の公知の手法により導電路に接続されている。光素子２７の受発光面２７Ａには、活性領域６１が形成されている。この活性領域６１において、電気信号が光出力に変換され、又は、光出力が電気信号に変換される。本実施形態においては、活性領域６１は、直径約１０μｍの略円形状をなしている。

スリーブ３４および結合レンズ３９は、スリーブ部材３２に一体に設けられている。スリーブ部材３２は、光透過性の合成樹脂（ＰＥＩ，ＰＣ，ＰＭＭＡ等）からなり、回路基板１３の板面のうち光素子２７が実装された側の面に取り付けられている。

スリーブ３４は、略円筒形状をなし、その軸線は、回路基板１３の板面に垂直をなしている。スリーブ３４の底面には、スリーブ３４内に挿入されたフェルール１９の端面が当接するものとされ、スリーブ３４の底面の位置は、光ファイバ１８の端面が位置する光ファイバ結合面６０とされている。

スリーブ３４の底壁には、光ファイバ１８との干渉を防ぐための逃がし孔４１が形成されている。逃がし孔４１は、略円形状をなす有底の孔であり、その中心線はスリーブ３４の軸線と同一線上に位置している。フェルール１９がスリーブ３４に挿入されると、光ファイバ１８のコアは、逃がし孔４１の中心に位置する。

結合レンズ３９は、スリーブ３４の底壁に一体に設けられている。結合レンズ３９は、回路基板１３側に膨出した凸レンズであり、この結合レンズ３９により、光ファイバ１８の端面から放射された光が集束して光素子２７の活性領域６１に入射され、また光素子２７から出射された光が集束して光ファイバ１８のコアに入射される。本実施形態において光通信に使用される光は、波長が８５０ｎｍの不可視光であり、結合レンズ３９は、この波長の光を、光素子２７の活性領域６１と光ファイバ結合面６０において逃がし孔４１の中心となる位置に集束させる。

スリーブ部材３２は、回路基板１３に接続される基部３３を有している。基部３３は、スリーブ３４から側方に広がる略長方形状をなしている。基部３３には、回路基板１３に実装された光素子２７等の電子部品を覆うシールド部材３５が、インサート成型されている。シールド部材３５は、金属板材を所定の形状にプレス加工してなり、回路基板１３の板面と略平行に平される天板３６と、天板３６から回路基板１３側に略垂直に屈曲された側板３７とを有している。天板３６は、一方向に長い略長方形をなしている。

側板３７は、天板３６の四辺に設けられ、その下端は、基部３３の下端と同じ高さに位置している。側板３７のうち天板３６の短辺に設けられて対向する一対の側板は、基部３３の側方(外方）に配されている（外側板３７Ａと称する）。また、側板３７のうち天板３６の長辺に設けられて対向する一対の側板は、基部３３の内方に配されている（内側板３７Ｂと称する）。

内側板３７Ｂには、回路基板１３の導電路に接続される基板接続部３８が設けられている。基板接続部３８は、内側板３７Ｂの下端に突出して形成され、基部３３が下方に突出している。基板接続部３８は、スルーホール５１内に挿入され、フローはんだ付け等の公知の手法により、スルーホール５１の導電路にはんだ付けされる。なお、スルーホール５１内には、溶融後に固化したはんだ５３が充填された状態になる。

天板３６には、略円形の窓部４０が貫通して形成されている。窓部４０は、天板３６のうち長手方向の一端に寄った位置に設けられ、結合レンズ３９の真下に位置している。窓部４０は、結合レンズ３９の径寸法よりも大きな径寸法を有し、この窓部４０により、光素子２７と結合レンズ３９との間に光路が確保される。

調芯装置７０は、スリーブ部材３２と光素子２７（回路基板１３）との相対的な位置を調節する装置である。
調芯装置７０の架台７１には、図１に示すように、回路基板１３を保持する回路基板保持機構７２と、回路基板１３を水平方向に移動させる回路基板移動機構７３と、スリーブ部材３２を保持するスリーブ部材保持機構７４と、が備えられている。

回路基板１３は、回路基板保持機構７２により、その板面が水平をなすとともに、光素子２７を下方に向けた姿勢で保持される。
スリーブ部材３２は、スリーブ部材保持機構７４により、回路基板１３の下方において、基部３３が回路基板１３側（上側）に、スリーブ３４が架台７１側（下側）に配される向きで、軸線が鉛直をなす姿勢で保持される。スリーブ部材保持機構７４に保持されたスリーブ部材３２は、水平方向および鉛直方向の移動が規制される。

また、調芯装置７０の架台７１には、光ファイバ１８を伝搬する光と同じ波長の光（本実施形態では、波長が８５０ｎｍである不可視光）を照射可能な照明装置（図示せず）が備えられている。

そして、調芯装置７０は、可撓性を有するファイバガイド９０を備えている。ファイバガイド９０は、図４に示すように、多数のファイバを一方の端面（入射端面９１）と他方の端面（出射端面）とで配列が合うように束ねてなるイメージガイドファイバ９３を、外皮９４で覆ったものであり、入射端面９１から出射端面へ像を伝送する。ファイバガイド９０の入射端面９１側の端末部は、スリーブ３４に挿入可能な断面円形状をなし、フェルール１９と同じ外径寸法を有している。ファイバガイド９０の端末部がスリーブ３４に挿入されると、イメージガイドファイバ９３の入射端面９１は、スリーブ３４に底面に突き当たって光ファイバ結合面６０に位置する。

ファイバガイド９０の出射端面側には、カメラ７６が接続されている（図１３参照）。本実施形態においては、カメラ７６としてＣＣＤカメラが用いられている。なお、カメラは、任意のカメラを用いることができる。

カメラ７６はケーブル７７を介してコンピュータ７９に接続され、ファイバガイド９０からカメラ７６に取り込まれた観察画像は、コンピュータ７９のモニタ７８に表示される。なお、モニタ７８は、カメラ７６に取り込まれた観察画像を表示可能な、任意のモニタを用いることができる。

本実施形態においては、モニタ７８の表示画面には、第１照準マーク８０と第２照準マーク８１とが表示されている。
第１照準マーク８０は、ファイバガイド９０の端末部をスリーブ３４に挿入したときにモニタ７８に表示される逃がし孔４１の孔縁４２の画像と同じ大きさおよび同じ形状をなす略円形状をなしている。これにより、ファイバガイド９０の端末部をスリーブ３４に挿入して、イメージガイドファイバ９３の入射端面９１を光ファイバ結合面６０に位置させると、孔縁４２の画像が第１照準マーク８０と重なって表示される。

第２照準マーク８１は、第１照準マーク８０の中心に表示されている。第２照準マーク８１と第１照準マーク８０とは同心円である。第２照準マーク８１は、第１照準マーク８０（逃がし孔４１の孔縁４２）を基準にして光素子２７の好適な位置を示すものであり、光素子２７の活性領域６１が第２照準マーク８１内に配置されるようにして、回路基板１３とスリーブ部材３２とを位置合わせすることで、これらは、光ファイバ１８と光素子２７との結合効率が十分な値を得られる適切な位置関係で配置される。

本実施形態においては、第１照準マーク８０及び第２照準マーク８１は、コンピュータ７９によって作画した画像をモニタ７８に表示したものである。なお、第１照準マークおよび第２照準マークを透明な合成樹脂製のシート（図示せず）に印刷技術によって形成し、このシートをモニタ７８の表示画面に貼付することで表示してもよい。

次に、上記のような調芯装置７０を用いた、スリーブ部材３２と光素子２７との位置合わせ方法を説明する。
まず、調芯装置７０の回路基板保持機構７２およびスリーブ部材保持機構７４に、回路基板１３およびスリーブ部材３２をセットする。
次いで、図示しない照明装置により、回路基板１３およびスリーブ部材３２に光を当てる。すると、光ファイバ結合面６０に光素子２７の活性領域６１が結像する。

次に、ファイバガイド９０の端末部をスリーブ３４に挿入する。すると、ファイバガイド９０の入射端面９１が、スリーブ３４の底面に突き当たって光ファイバ結合面６０に位置し、逃がし孔４１の孔縁４２および光素子２７の活性領域６１の像が、入射端面９１から出射端面に伝送され、モニタ７８には、逃がし孔４１の孔縁４２および光素子２７の活性領域６１の像が表示される。このとき、逃がし孔４１の孔縁４２の像は、第１照準マーク８０に重なって表示され、光素子２７の活性領域６１は、第２照準マーク８１からずれた位置に表示される。なお、逃がし孔４１の孔縁４２の像が、第１照準マーク８０からずれていたときには、孔縁４２の像に、第１照準マーク８０が重なるように、コンピュータ７９を操作してマーク（第１照準マーク８０および第２照準マーク８１）の表示位置を調整する。

次に、モニタ７８を見ながら、回路基板移動機構７３によって回路基板１３を水平方向に移動させ、第２照準マーク８１内に光素子２７の活性領域６１の全体が位置するようにする。これにより、スリーブ部材３２と光素子２７との相対的な位置合わせが完了する。

このようにして、スリーブ部材３２と光素子２７との位置合わせを行った後、これらの位置関係を保持したまま、シールド部材３５の基板接続部３８と、回路基板１３とのスルーホール５１とをはんだ付けして固定する。

上記のように構成された本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の調芯装置７０は、発光素子または受光素子を含む光素子２７と、フェルール１９とともに光ファイバ１８の端末が挿入されるスリーブ３４と、光素子２７と光ファイバ１８とを光学的に結合する結合レンズ３９と、を有する光モジュール５０の製造において、スリーブ３４および結合レンズ３９を有するスリーブ部材３２と、光素子２７との相対的な位置を調節する調芯装置７０であって、入射端面９１から出射端面へ像を伝送するイメージガイドファイバ９３を外皮９４で覆ってなるファイバガイド９０を有し、ファイバガイド９０の入射端面９１側の端末部はスリーブ３４に挿入可能とされ、ファイバガイド９０の端末部をスリーブ３４に挿入することで、スリーブ３４および光素子２７の像を観察することが可能とされている。

このように、スリーブ部材３２と光素子２７とを位置合わせする際に、ファイバガイド９０の端末部をスリーブ３４に挿入するだけでスリーブ３４および光素子２７の像を観察することができるから、例えばカメラの焦点を合わせるべくカメラの位置を調節する場合に比べて手間がかからないので、光モジュール５０の製造を容易に行うことができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、ファイバガイド９０は、イメージガイドファイバ９３を外皮９４で覆ったものとされているが、ファイバガイドは、端部にレンズを備えたファイバースコープや、先端に固体撮像素子を備えたビデオスコープ等であってもよい。
（２）上記実施形態では、照明装置は調芯装置の架台に備えられているが、これに限らず、例えば照明装置として、照明用の光源の光をイメージガイドファイバの入射端面に導くライトガイドファイバーを、ファイバガイド９０に組み込んでもよい。
（３）上記実施形態では、スリーブ部材３２と光素子２７との位置合わせをする際、逃がし孔４１の孔縁４２の像を位置合わせの基準として用いたが、これに限らず、例えば、スリーブ部材に別途位置合わせの基準となるマークを設けてもよい。
（４）上記実施形態では、光通信に用いられる光の波長が８５０ｎｍである場合について説明したが、本発明は、光通信に用いる光の波長がどのような波長であっても対応することができる。

１８…光ファイバ
１９…フェルール（保持部材）
２７…光素子
３２…スリーブ部材
３４…スリーブ
３９…結合レンズ（光学系）
５０…光モジュール
６１…活性領域
７０…調芯装置
９０…ファイバガイド
９１…光入射面（一方の端面）
９３…イメージガイドファイバ
９４…外皮

Claims (5)

1. 発光素子または受光素子を含む光素子と、フェルールなどの保持部材とともに光ファイバの端末が挿入されるスリーブと、前記光素子と前記光ファイバとを光学的に結合する光学系と、を有する光モジュールの製造において、前記スリーブおよび前記光学系を有するスリーブ部材と、前記光素子との相対的な位置を調節する調芯装置であって、
   一方の端面から他方の端面へ像を伝送するイメージガイドファイバを外皮で覆ってなるファイバガイドを有し、
   前記ファイバガイドの前記一方の端面側の端末部は前記スリーブに挿入可能とされ、
   前記ファイバガイドの端末部を前記スリーブに挿入することで、前記スリーブおよび前記光素子の像を観察することが可能とされている調芯装置。
2. 前記ファイバガイドは、前記光素子の活性領域を観察する請求項１に記載の調芯装置。
3. 前記ファイバガイドの端末部が前記スリーブに挿入されたときに前記ファイバガイドの一方の端面が配される位置は、前記光ファイバの端末が前記スリーブに挿入されたときに前記光ファイバの端面が配される位置と一致する請求項１または請求項２に記載の調芯装置。
4. 前記光ファイバを伝搬する光と同じ波長の光を照射する照明装置を有する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の調芯装置。
5. 前記ファイバガイドの一端は、前記保持部材と同じ外径寸法を有する請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の調芯装置。

Images