JP2016042173A

JP2016042173A - レーザダイオード調芯組立装置及びレーザダイオード調芯組立方法

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Publication number: JP2016042173A
Application number: JP2014166629A
Authority: JP
Inventors: 英男上田; Hideo Ueda
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-03-31

Abstract

【課題】レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを接合する前にレーザダイオード部品又は光ファイバ部品が不良品であるか否かを個別に判定することにより、レーザダイオードモジュールの不良品率を低減し、その結果として、レーザダイオードモジュールの製造コストを低減することが可能なレーザダイオード調芯組立装置及びレーザダイオード調芯組立方法を提供する。【解決手段】調芯後のレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを規定温度に加熱すると共に調芯後であって加熱前のレーザダイオード部品１０１から光ファイバ部品１０２を通じて出力されるレーザ光１０４の光強度と加熱後のレーザダイオード部品１０１から光ファイバ部品１０２を通じて出力されるレーザ光１０４の光強度との差が規定値以下であるときにレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを接合する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを調芯すると共に接合してレーザダイオードモジュールを組み立てるレーザダイオード調芯組立装置及びレーザダイオード調芯組立方法に関する。

従来、レーザダイオード調芯組立工程では、レーザダイオード部品から光ファイバ部品を通じて出力されるレーザ光の光強度が最大となる位置でレーザダイオード部品と光ファイバ部品とを光結合させることにより、レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを調芯し、その上で、レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを接合することにより、レーザダイオードモジュールを組み立てている。

特許第４６３２７３９号公報特開２００３−１２１７０１号公報

しかしながら、レーザダイオード部品や光ファイバ部品は温度依存性を有していることから、レーザダイオードモジュールの駆動電流が一定であるとしても、レーザダイオード部品や光ファイバ部品の周囲温度の変化に伴いレーザダイオードモジュールの光出力特性が変化してしまう。

そして、レーザダイオード部品や光ファイバ部品の周囲温度の変化に伴うレーザダイオードモジュールの光出力特性の変化が規定値を超える場合、そのレーザダイオードモジュールは温度特性検査工程で不良品であると判定されることになる。

温度特性検査工程は、レーザダイオード調芯組立工程を経た後に実施される別工程であり、温度特性検査工程では、既にレーザダイオード部品と光ファイバ部品とが接合されてレーザダイオードモジュールとなっている。

そのため、仮にレーザダイオード部品と光ファイバ部品の何れか一つが正常品であるとしても、レーザダイオードモジュールという単位で不良品であると判定されることになる。

その結果、正常品であるレーザダイオード部品又は光ファイバ部品も全体として不良品として処理されてしまうことから、無駄な廃棄等が必要となり、レーザダイオードモジュールの製造コストが高くなっている。

そこで、本発明の目的は、レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを接合する前にレーザダイオード部品又は光ファイバ部品が不良品であるか否かを個別に判定することにより、レーザダイオードモジュールの不良品率を低減し、その結果として、レーザダイオードモジュールの製造コストを低減することが可能なレーザダイオード調芯組立装置及びレーザダイオード調芯組立方法を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを調芯すると共に接合してレーザダイオードモジュールを組み立てるレーザダイオード調芯組立装置において、前記レーザダイオード部品から前記光ファイバ部品を通じて出力されるレーザ光の光強度が最大となる位置で前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを光結合させる調芯機構と、前記調芯機構による調芯後の前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを規定温度に加熱する加熱機構と、前記調芯機構による調芯後であって前記加熱機構による加熱前の前記レーザ光の光強度と前記加熱機構による加熱後の前記レーザ光の光強度との差が規定値以下であるときに前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを接合する接合機構と、を備えているレーザダイオード調芯組立装置である。

前記調芯機構は、前記レーザダイオード部品を保持する第１のチャックと、前記光ファイバ部品を保持する第２のチャックと、前記レーザダイオード部品から前記光ファイバ部品を通じて出力されるレーザ光の光強度を検出する光強度検出器と、を有しており、前記第１のチャック及び／又は前記第２のチャックは、前記レーザダイオード部品又は前記光ファイバ部品を前記光ファイバ部品又は前記レーザダイオード部品に対して相対的に移動自在に保持すると良い。

前記加熱機構は、前記レーザダイオード部品を加熱する第１のヒータと、前記光ファイバ部品を加熱する第２のヒータと、前記レーザダイオード部品の温度を検出する第１の温度センサと、前記光ファイバ部品の温度を検出する第２の温度センサと、前記第１の温度センサで検出された前記レーザダイオード部品の温度に基づいて前記第１のヒータの温度を規定温度に制御すると共に前記第２の温度センサで検出された前記光ファイバ部品の温度に基づいて前記第２のヒータの温度を規定温度に制御する温度コントローラと、を有しており、前記第１のヒータと前記第１の温度センサは、前記第１のチャックに設けられており、前記第２のヒータと前記第２の温度センサは、前記第２のチャックに設けられていると良い。

前記接合機構は、前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを接合する溶接機と、前記調芯機構による調芯後であって前記加熱機構による加熱前の前記レーザ光の光強度と前記加熱機構による加熱後の前記レーザ光の光強度との差が規定値以下であるときに前記溶接機を駆動する駆動コントローラと、を有していると良い。

また、本発明は、レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを調芯すると共に接合してレーザダイオードモジュールを組み立てるレーザダイオード調芯組立方法において、前記レーザダイオード部品から前記光ファイバ部品を通じて出力されるレーザ光の光強度が最大となる位置で前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを光結合させる調芯工程と、前記調芯工程による調芯後の前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを規定温度に加熱すると共に前記調芯工程による調芯後であって加熱前の前記レーザ光の光強度と加熱後の前記レーザ光の光強度との差が規定値以下であるときに前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを接合する組立工程と、を備えているレーザダイオード調芯組立方法である。

前記組立工程では、前記調芯工程による調芯後であって加熱前の前記レーザ光の光強度と加熱後の前記レーザ光の光強度との差が規定値を超えるときに前記レーザダイオード部品又は前記光ファイバ部品を交換すると共に再び前記調芯工程を経た後に前記組立工程を実施して接合前に前記レーザダイオード部品又は前記光ファイバ部品が不良品であるか否かを個別に判定すると良い。

前記組立工程では、規定回数以上の交換が行われたときに交換されていない前記レーザダイオード部品又は前記光ファイバ部品を不良品であると判定すると良い。

本発明によれば、レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを接合する前にレーザダイオード部品又は光ファイバ部品が不良品であるか否かを個別に判定することにより、レーザダイオードモジュールの不良品率を低減し、その結果として、レーザダイオードモジュールの製造コストを低減することが可能なレーザダイオード調芯組立装置及びレーザダイオード調芯組立方法を提供することができる。

本発明に係るレーザダイオード調芯組立装置を示す側面図である。図１のレーザダイオードモジュールを示す断面図である。図１の第１のチャック又は第２のチャックを示す平面図である。図１の第１のチャック又は第２のチャックを示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

先ず、レーザダイオード調芯組立装置について説明する。

図１に示すように、本発明の好適な実施の形態に係るレーザダイオード調芯組立装置１００は、レーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを調芯すると共に接合してレーザダイオードモジュール１０３を組み立てる装置である。

図２に示すように、レーザダイオード部品１０１は、駆動電流の印加に伴いレーザ光１０４を出射するレーザダイオード素子１０５と、レーザ光１０４を集光するレンズ１０６が支持されたレーザダイオードアダプタ１０７と、を有しており、予めレーザダイオード素子１０５とレンズ１０６とを調芯すると共にレーザダイオード素子１０５とレーザダイオードアダプタ１０７とを接合することで部品化されている。

光ファイバ部品１０２は、レーザ光１０４を透過させると共にそれ以外の波長の光１０８を反射させる波長フィルタ１０９が内蔵された光学ブロック１１０と、第１の光ファイバ１１１が収容された第１のフェルール１１２と、第１のフェルール１１２が収容されたスタブ１１３と、を有しており、予め波長フィルタ１０９と第１の光ファイバ１１１とを調芯すると共に光学ブロック１１０とスタブ１１３とを接合することで部品化されている。

また、光ファイバ部品１０２は、光強度検出器から延在する第２の光ファイバ１１４が収容された第２のフェルール１１５をスタブ１１３に収容することにより、第１のフェルール１１２と第２のフェルール１１５とが突合接合されて第１の光ファイバ１１１と第２の光ファイバ１１４とが自動調芯されるようになっている。

なお、レーザダイオードモジュール１０３は、その側面に取り付けられたフォトダイオード１１６を有しており、波長フィルタ１０９で反射された光１０８がフォトダイオード１１６で受光されるようになっている。

再び図１を参照し、レーザダイオード調芯組立装置１００は、レーザダイオード部品１０１から光ファイバ部品１０２を通じて出力されるレーザ光１０４の光強度が最大となる位置でレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを光結合させる調芯機構と、調芯機構による調芯後のレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを規定温度に加熱する加熱機構と、調芯機構による調芯後であって加熱機構による加熱前のレーザ光１０４の光強度と加熱機構による加熱後のレーザ光１０４の光強度との差が規定値以下であるときにレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを接合する接合機構と、を備えている。

調芯機構は、レーザダイオード部品１０１を保持する第１のチャック１１７と、光ファイバ部品１０２を保持する第２のチャック１１８と、レーザダイオード部品１０１から光ファイバ部品１０２を通じて出力されるレーザ光１０４の光強度を検出する光強度検出器１１９と、を有している。

第１のチャック１１７及び／又は第２のチャック１１８は、レーザダイオード部品１０１又は光ファイバ部品１０２を光ファイバ部品１０２又はレーザダイオード部品１０１に対して相対的に移動自在（例えば、ＸＹ平面上で移動自在）に保持している。

これにより、レーザダイオード部品１０１又は光ファイバ部品１０２を光ファイバ部品１０２又はレーザダイオード部品１０１に対して相対的に移動させてレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを調芯することができるようになっている。

また、第１のチャック１１７と第２のチャック１１８は、図３に示すように、開閉自在となっており、レーザダイオード部品１０１又は光ファイバ部品１０２を挟持又は解放することができるようになっている。

加熱機構は、レーザダイオード部品１０１を加熱する第１のヒータ１２０と、光ファイバ部品を加熱する第２のヒータ１２１と、レーザダイオード部品１０１の温度を検出する第１の温度センサ１２２と、光ファイバ部品１０２の温度を検出する第２の温度センサ１２３と、第１の温度センサ１２２で検出されたレーザダイオード部品１０１の温度に基づいて第１のヒータ１２０の温度を規定温度に制御すると共に第２の温度センサ１２３で検出された光ファイバ部品１０２の温度に基づいて第２のヒータ１２１の温度を規定温度に制御する温度コントローラ１２４と、を有している。

第１のヒータ１２０と第１の温度センサ１２２は、第１のチャック１１７に設けられており、第２のヒータ１２１と第２の温度センサ１２３は、第２のチャック１１８に設けられていることから、第１のチャック１１７と第２のチャック１１８は、フィードバック制御の応答性を向上させるために、熱伝導性に優れた金属等で形成されていることが好ましい。

なお、第１の温度センサ１２２と第２の温度センサ１２３は、図３に示したように、第１のチャック１１７の支持面１２５又は第２のチャック１１８の支持面１２６に設けられていても良いが、図４に示すように、レーザダイオード部品１０１又は光ファイバ部品１０２に設けられていても良い。

接合機構は、レーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを接合する溶接機（例えば、レーザ溶接機）１２７と、調芯機構による調芯後であって加熱機構による加熱前のレーザ光１０４の光強度と加熱機構による加熱後のレーザ光１０４の光強度との差が規定値以下であるときに溶接機１２７を駆動する駆動コントローラ１２８と、を有している。

駆動コントローラ１２８は、光強度検出器１１９からレーザ光１０４の光強度に関する情報（光強度情報）を受信し、その光強度情報に基づいて溶接機１２７を駆動するか否かを判定している。

次に、レーザダイオード調芯組立方法について説明する。

ここでは、レーザダイオード調芯組立装置１００を使用してレーザダイオード調芯組立工程を実施する例を説明する。

本発明の好適な実施の形態に係るレーザダイオード調芯組立方法は、レーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを調芯すると共に接合してレーザダイオードモジュールを組み立てる方法であり、レーザダイオード部品１０１から光ファイバ部品１０２を通じて出力されるレーザ光１０４の光強度が最大となる位置でレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを光結合させる調芯工程と、調芯工程による調芯後のレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを規定温度に加熱すると共に調芯工程による調芯後であって加熱前のレーザ光１０４の光強度と加熱後のレーザ光１０４の光強度との差が規定値以下であるときにレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを接合する組立工程と、を備えている。

調芯工程では、レーザダイオード素子１０５に駆動電流を印加しながら、レーザダイオード調芯組立装置１００の調芯機構を使用して、第１のチャック１１７と第２のチャック１１８とによりレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを相対的に移動させると共に光強度検出器１１９によりレーザ光１０４の光強度を検出することにより、レーザ光１０４の光強度が最大となる位置を探索し、レーザ光１０４の光強度が最大となる位置でレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２との相対的な移動を停止させてレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを光結合させる。

なお、レーザダイオード素子１０５の駆動熱によりレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とが加熱されてレーザダイオードモジュールの光出力特性が変化する虞があるため、加熱のみならず冷却も行えるペルチェ素子からなる第１のヒータ１２０と第２のヒータ１２１とを採用すると共にレーザダイオード調芯組立装置１００の加熱機構を冷却機構として使用して、レーザダイオード素子１０５の駆動熱を放熱し、レーザ光１０４の光強度が最大となる位置を探索する際にレーザダイオード部品１０１の温度と光ファイバ部品１０２の温度とを一定に維持することにより、レーザダイオード素子１０５の駆動熱による影響を排除するようにしても構わない。

組立工程では、調芯工程による調芯後のレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを規定温度に加熱すると共に調芯工程による調芯後であって加熱前のレーザ光１０４の光強度と加熱後のレーザ光１０４の光強度との差が規定値以下であるときにレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを接合する。

また、組立工程では、調芯工程による調芯後であって加熱前のレーザ光１０４の光強度と加熱後のレーザ光１０４の光強度との差が規定値を超えるときにレーザダイオード部品１０１又は光ファイバ部品１０２を交換すると共に再び調芯工程を経た後に組立工程を実施して接合前にレーザダイオード部品１０１又は光ファイバ部品１０２が不良品であるか否かを個別に判定する。

詳細には、予め調芯工程において光強度検出器１１９で調芯後のレーザ光１０４の光強度を記憶しておくか、又は改めて組立工程において光強度検出器１１９で調芯後のレーザ光１０４の光強度を検出すると共に記憶しておく。

しかる後、レーザダイオード調芯組立装置１００の加熱機構を使用して、第１のヒータ１２０と第２のヒータ１２１とによりレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを加熱すると共に第１の温度センサ１２２と第２の温度センサ１２３とによりレーザダイオード部品１０１の温度と光ファイバ部品１０２の温度とを検出しながら、温度コントローラ１２４によりレーザダイオード部品１０１の温度と光ファイバ部品１０２の温度とに基づいて第１のヒータ１２０と第２のヒータ１２１とをフィードバック制御することにより、レーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを規定温度に維持する。

その上で、光強度検出器１１９によりレーザ光１０４の光強度を検出し、レーザダイオード調芯組立装置１００の接合機構を使用して、駆動コントローラ１２８により加熱前後におけるレーザ光１０４の光強度の差を計算し、その差が規定値以下である場合、レーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とが正常品であると分かるため、そのまま、溶接機１２７によりレーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを接合してレーザダイオードモジュール１０３を組み立てる。

そして、加熱前後におけるレーザ光１０４の光強度の差が規定値を超える場合、レーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２の少なくとも一つが不良品であると分かるため、レーザダイオード部品１０１を交換すること無く光ファイバ部品１０２のみを交換し、再び調芯工程と組立工程とを実施し、加熱前後におけるレーザ光１０４の光強度の差が規定値以下である場合、交換されていないレーザダイオード部品１０１は正常品であると分かるし、加熱前後におけるレーザ光１０４の光強度の差が規定値を超える場合、交換されていないレーザダイオード部品１０１は不良品であると分かる。

なお、交換後の光ファイバ部品１０２も不良品である場合、再び調芯工程と組立工程とを実施しても、加熱前後におけるレーザ光１０４の光強度の差が規定値を超えることになり、必ずしも交換されていないレーザダイオード部品１０１が不良品であるとは限らないため、統計的な安全を期すために、組立工程では、規定回数以上の交換が行われたときに交換されていないレーザダイオード部品１０１を不良品であると判定すると良い。

ここでは、レーザダイオード部品１０１を交換すること無く光ファイバ部品１０２のみを交換するものとしたが、光ファイバ部品１０２を交換すること無くレーザダイオード部品１０１のみを交換するものとしても構わない。

これまで説明してきたように、本発明によれば、レーザダイオード部品１０１と光ファイバ部品１０２とを接合する前にレーザダイオード部品１０１又は光ファイバ部品１０２が不良品であるか否かを個別に判定することにより、レーザダイオードモジュール１０３の不良品率を低減し、その結果として、レーザダイオードモジュール１０３の製造コストを低減することが可能となる。

１００レーザダイオード調芯組立装置
１０１レーザダイオード部品
１０２光ファイバ部品
１０３レーザダイオードモジュール
１０４レーザ光
１０５レーザダイオード素子
１０６レンズ
１０７レーザダイオードアダプタ
１０８レーザ光以外の波長の光
１０９波長フィルタ
１１０光学ブロック
１１１第１の光ファイバ
１１２第１のフェルール
１１３スタブ
１１４第２の光ファイバ
１１５第２のフェルール
１１６フォトダイオード
１１７第１のチャック
１１８第２のチャック
１１９光強度検出器
１２０第１のヒータ
１２１第２のヒータ
１２２第１の温度センサ
１２３第２の温度センサ
１２４温度コントローラ
１２５第１のチャックの支持面
１２６第２のチャックの支持面
１２７溶接機
１２８駆動コントローラ

Claims

レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを調芯すると共に接合してレーザダイオードモジュールを組み立てるレーザダイオード調芯組立装置において、
前記レーザダイオード部品から前記光ファイバ部品を通じて出力されるレーザ光の光強度が最大となる位置で前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを光結合させる調芯機構と、
前記調芯機構による調芯後の前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを規定温度に加熱する加熱機構と、
前記調芯機構による調芯後であって前記加熱機構による加熱前の前記レーザ光の光強度と前記加熱機構による加熱後の前記レーザ光の光強度との差が規定値以下であるときに前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを接合する接合機構と、
を備えていることを特徴とするレーザダイオード調芯組立装置。
前記調芯機構は、
前記レーザダイオード部品を保持する第１のチャックと、
前記光ファイバ部品を保持する第２のチャックと、
前記レーザダイオード部品から前記光ファイバ部品を通じて出力されるレーザ光の光強度を検出する光強度検出器と、
を有しており、
前記第１のチャック及び／又は前記第２のチャックは、前記レーザダイオード部品又は前記光ファイバ部品を前記光ファイバ部品又は前記レーザダイオード部品に対して相対的に移動自在に保持する請求項１に記載のレーザダイオード調芯組立装置。
前記加熱機構は、
前記レーザダイオード部品を加熱する第１のヒータと、
前記光ファイバ部品を加熱する第２のヒータと、
前記レーザダイオード部品の温度を検出する第１の温度センサと、
前記光ファイバ部品の温度を検出する第２の温度センサと、
前記第１の温度センサで検出された前記レーザダイオード部品の温度に基づいて前記第１のヒータの温度を規定温度に制御すると共に前記第２の温度センサで検出された前記光ファイバ部品の温度に基づいて前記第２のヒータの温度を規定温度に制御する温度コントローラと、
を有しており、
前記第１のヒータと前記第１の温度センサは、前記第１のチャックに設けられており、
前記第２のヒータと前記第２の温度センサは、前記第２のチャックに設けられている請求項２に記載のレーザダイオード調芯組立装置。
前記接合機構は、
前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを接合する溶接機と、
前記調芯機構による調芯後であって前記加熱機構による加熱前の前記レーザ光の光強度と前記加熱機構による加熱後の前記レーザ光の光強度との差が規定値以下であるときに前記溶接機を駆動する駆動コントローラと、
を有している請求項１から３の何れか一項に記載のレーザダイオード調芯組立装置。
レーザダイオード部品と光ファイバ部品とを調芯すると共に接合してレーザダイオードモジュールを組み立てるレーザダイオード調芯組立方法において、
前記レーザダイオード部品から前記光ファイバ部品を通じて出力されるレーザ光の光強度が最大となる位置で前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを光結合させる調芯工程と、
前記調芯工程による調芯後の前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを規定温度に加熱すると共に前記調芯工程による調芯後であって加熱前の前記レーザ光の光強度と加熱後の前記レーザ光の光強度との差が規定値以下であるときに前記レーザダイオード部品と前記光ファイバ部品とを接合する組立工程と、
を備えていることを特徴とするレーザダイオード調芯組立方法。
前記組立工程では、前記調芯工程による調芯後であって加熱前の前記レーザ光の光強度と加熱後の前記レーザ光の光強度との差が規定値を超えるときに前記レーザダイオード部品又は前記光ファイバ部品を交換すると共に再び前記調芯工程を経た後に前記組立工程を実施して接合前に前記レーザダイオード部品又は前記光ファイバ部品が不良品であるか否かを個別に判定する請求項５に記載のレーザダイオード調芯組立方法。
前記組立工程では、規定回数以上の交換が行われたときに交換されていない前記レーザダイオード部品又は前記光ファイバ部品を不良品であると判定する請求項６に記載のレーザダイオード調芯組立方法。