JP3010769B2 - 光素子モジュールの組立方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体レーザや発光ダ
イオード等の発光素子と光ファイバーを結合する発光モ
ジュールの光軸の調整と接合を一連して自動で行う組立
方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は対象とする光素子モジュールの構
造の一例を示す図である。図において、１は光素子ホル
ダ、２は光ファイバーを保持するための光ファイバホル
ダ、３は光ファイバー、４は半導体レーザや発光ダイオ
ード等の発光素子、５は形状として球状や柱状や凸状の
ものがあるが集光する機能を持っているレンズ、６は光
ファイバー端末、７は光素子モジュールから外部機器へ
光を送り出す光ファイバー出射端、８は光素子ホルダ１
と光ファイバホルダ２を溶接して固定するための溶接ヶ
所である。

【０００３】組立装置が対象とする作業は光素子ホルダ
１と光ファイバホルダ２の２部品を最適な位置に調整し
固定することをいう。発光素子４から出た光はレンズ５
により集光されて光ファイバー端末６で保持された光フ
ァイバー３へ入射して光ファイバー出射端７から外部機
器へ出射される。

【０００４】光ファイバー端末６の位置を移動しなが
ら、光ファイバー出射端７からの光の量をモニタする
と、パワーが最大になる位置が存在するが、その状態で
溶接ヶ所８ａと溶接ヶ所８ｂから同時にＹＡＧレーザを
発射して光素子ホルダ１と光ファイバホルダ２を固定す
る。

【０００５】光ファイバー３と光ファイバー端末６およ
び光ファイバー出射端７が生産しようとする製品の一部
であるピグテール構造の物と、製品ではなく、製造設備
の治具である光コネクタ式のものがあるが、この発明の
光素子モジュールの組立方法および装置としては基本的
にはどちらの場合にも対応できるので、以下ではピグテ
ール構造の物について説明する。

【０００６】図５は図４で示される構造を持った発光モ
ジュールを組立るための従来のステージ構成を示す図で
ある。図において、９はモータ駆動の直線ステージ、１
０は水平定盤、１１は垂直定盤である。従来の光素子モ
ジュールの組立装置の機構は上記のように構成され、モ
ータ駆動で直線上に移動するステージ９ａとステージ９
ａに直角方向へ移動するステージ９ｂを重ね、平面上で
ＸＹ２軸方向で移動できるように構成し、水平定盤１０
の上に置かれ、光素子ホルダ１はステージ９ｂの上に保
持され、光ファイバホルダ２は光素子ホルダ１の上に乗
せられ垂直定盤１１に連結されて固定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の光素子モジュー
ルの組立方法および装置は以上のように構成されている
ので、光素子ホルダ１、および光ファイバホルダ２の接
合面との間の位置決めは水平方向でしかできないため溶
接のために必要な光素子ホルダ１と光ファイバホルダ２
の接合面の平行度が保てず溶接時に軸ずれを起こすこと
が多く、これを回避するためには部品および保持治具の
直角度を高精度で加工しなければならず、さらに作業時
には保持治具間の平行度を極力角度を持たないようにセ
ッティングすることが必要であり、部品の価格が高価に
なるとともに、熟練作業者でも光素子モジュールの組立
作業が難しく長時間を要し、製品の生産コストが高くつ
くという問題点があった。

【０００８】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、光素子から発光された光の軸と
光ファイバの光軸を合わせる光軸調整作業と光素子ホル
ダと光ファイバホルダをＹＡＧレーザで溶接する接合作
業を一連して自動で行えるようにし、従来は熟練作業者
が長時間をかけていた光素子モジュールの組立作業を簡
単に行えるような組立方法および装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の光素子モジュ
ールの組立方法は、光ファイバホルダを光素子ホルダの
上方に配置し、光素子ホルダに追従して上下する光ファ
イバホルダのＺ方向での変位を検出しながら前記光素子
ホルダを２軸方向に回動し（あおり）、最も下がった状
態を検出する第１の動作手順と、前記光素子ホルダをＸ
Ｙ平面内を移動させて光ファイバーとの光結合位置へ移
動させる第２の動作手順と、前記光素子ホルダの光素子
と光ファイバホルダの光ファイバーとの光結合が所望の
結合量となる位置をＸＹの２次元内で検出する第３の動
作手順と、前記第３の動作手順で検出した所望の結合量
を得る位置で、前記光素子ホルダと前記光ファイバホル
ダを固定する第４の動作手順とを有する。

【００１０】この発明の光素子モジュールの組立装置
は、素子ホルダを水平方向で移動させた時の光素子と光
ファイバとの光結合の強度を測定する第１の手段と、光
ファイバホルダと前記光素子ホルダとの相対位置を調整
するために前記光素子ホルダを水平方向で２軸方向に移
動させる第２の手段と、前記第１の手段の測定結果に基
づいて前記第２の手段を駆動して光素子ホルダを適切な
位置へ移動させる第３の手段と、前記光ファイバホルダ
が前記光素子ホルダの回動（あおり）動作に追従して上
下方向にスライドできる機構と、前記光ファイバホルダ
の上下方向の変位量を測定する第４の手段と、前記第４
の手段の測定結果に基づいて前記光ファイバホルダと前
記光素子ホルダとの相対傾き角を調整するように前記光
素子ホルダを２軸方向に回動（あおる）させる第５の手
段とを備えたものである。

【００１１】さらに、光素子ホルダを最適な位置へ移動
させて光軸を調整するための制御手段と、光素子ホルダ
を最適な相対傾き角に調整して平行だしを行う制御手段
とを共通にして切り替えて使用できるように兼用化した
ものである。

【００１２】上記の共通にした制御手段としてはピーク
値検出部と座標値検出部とパルスジェネレータ部とコン
トローラおよび操作部から構成する。

【００１３】光ファイバホルダの上下方向の変位量を測
定する装置としてダイヤルゲージを使用することができ
る。

【００１４】光ファイバホルダの上下方向の変位量を測
定する装置としてデジタルマイクロメータを使用するこ
とができる。

【００１５】光ファイバホルダの上下方向の変位量を測
定する装置としてレーザ測長機を使用することができ
る。

【００１６】

【作用】上記のように構成された手段により、光素子か
らの光のパワーを光ファイバへ供給される光の量が最大
になるように光ファイバホルダと光素子ホルダとの水平
方向での相対位置を調整する動作に加え、下方の光素子
ホルダに追従して上下する上方の光ファイバホルダのＺ
方向で最も下がった状態を検出できるようにし、溶接さ
れる２つの部品の接触面間での隙間をなくし極めて高精
度に平行を保つことができ、レーザ溶接した後も軸ずれ
が生じること無く組立てることができ、光パワーの調整
作業とレーザ溶接器による接合作業を一連の動作として
自動で行えるようにしている。

【００１７】

【実施例】実施例１． 図１はこの発明のステージ構成の一実施例を示す図であ
り、１〜３及び６〜１１は上記従来装置と全く同一のも
のである。なお、以下の説明において「あおり」、「あ
おり動作」という表現があるが、これらは図１の１２ｂ
に示すようにＸＹ２軸方向（紙面の前後、左右の方向）
で１２ｂの凹曲面上を移動する、いわゆる「回動」、
「回動動作」を意味するものである。

【００１８】１２は光素子ホルダ１と光ファイバホルダ
２の接合面に回転中心を持つモータ駆動の傾斜ステー
ジ、１３は発光器用保持部、１４は垂直スライド、１５
は上記垂直スライド１４の移動量を検出するためのマグ
ネスケール、１６は上記垂直スライド１４の落下防止の
為のストッパーである。

【００１９】図１のステージ構成のように、水平定盤１
０の上に、モータ駆動で直線上に移動するステージ９ａ
とステージ９ａに直角方向へ移動するステージ９ｂを重
ね、平面上でＸＹ２軸方向で移動できるように構成し、
光素子ホルダ１と光ファイバホルダ２を光軸調整した後
その接触部分に光素子ホルダ１と光ファイバホルダ２と
の相対傾き角を調整するために光素子ホルダ１を２軸方
向にあおる傾斜ステージ１２と、傾斜ステージ１２の上
に乗せられた発光器用保持部１３は光素子ホルダ１を機
械的に保持し、光素子４へ電気的に接続されており、光
素子ホルダ１のあおり動作に追従して光ファイバホルダ
２が上下方向にスライドできる垂直スライド１４の機構
と、光ファイバホルダ２の上下方向の変位量を測定する
マグネスケール１５、垂直スライド１４の落下防止の為
のストッパー１６より構成されている。なお、垂直スラ
イド１４、マグネスケール１５、ストッパー１６は垂直
定盤１１上に固定されている。

【００２０】図２はこの発明の制御系のブロック図の一
実施例を示す図であり、１〜３および６，７は上記従来
装置と全く同一のものである。１７は光ファイバー出射
端７からの光の量を電気信号へ変換した後にアナログ信
号からデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換部、１８はマ
グネスケール１４での変位量に比例した電気信号からデ
ジタル信号で計測するマグネスケール測定器、１９はセ
レクター、２０はピーク値検出部、２１は座標値検出
部、２２は発光素子４を駆動させるためのＬＤ電源、２
３はパルスジェネレータ部、２４はステージのモタを駆
動する為のドライバー、２５は制御装置の各部をコント
ロールする為のコントローラ、２６は操作部である。

【００２１】光素子ホルダ１を水平方向で移動させた時
の光素子４から発光された光を光ファイバー３で受光し
光の強度を測定し、光ファイバホルダ２と光素子ホルダ
１との相対位置を調整するために光素子ホルダ１を水平
方向で移動する手段としてステージ９、光ファイバホル
ダ２が光素子ホルダ１のあおり動作に追従して上下方向
にスライドできる機構として垂直スライド１４、光ファ
イバホルダ２の上下方向の変位量を測定する手段のマグ
ネスケール１５と、光ファイバホルダ２と光素子ホルダ
１との相対傾き角を調整するために光素子ホルダ１を２
軸方向にモータ駆動の傾斜ステージ１２であおり、上下
方向の変位量をマグネスケール１５で検出しマグネスケ
ール測定器１８で測定することにより光素子ホルダ１を
２軸方向にあおる手段を駆動して光素子ホルダ１を最適
な相対傾き角を調整する。

【００２２】光素子ホルダ１の内部にある半導体レーザ
や発光ダイオード等の発光素子４から出た光は光ファイ
バー端末６で保持された光ファイバー３へ入射して光フ
ァイバー出射端７からＡ／Ｄ変換部１７へ送られ、光の
量を電気信号へ変換した後にアナログ信号からデジタル
信号へ変換される。平行だしの動作を行う場合にはマグ
ネスケール１５での変位量に比例した電気信号をマグネ
スケール測定器１８で計測しデジタル信号でセレクター
１９へ送り、光の量やマグネスケールの値のデジタル量
の最大値を検出するピーク値検出部２０と、ピーク値が
検出された時のステージの座標を座標値検出部２１で検
出する。なお、ＬＤ電源２２は発光素子４を駆動させる
ためのものであり、コントローラ２５がパルスジェネレ
ータ部２３へ指令値を送り、パルスジェネレータ部２３
により移動量に対応したパルス数を発生しドライバー２
４へ供給するが、ドライバー２４ａは直進ステージ用の
モータを駆動する為で、ドライバー２４ｂは傾斜ステー
ジ用のモータを駆動する為の物である。平行だし２７の
動作の場合は、セレクター１９ａはロの側が選ばれマグ
ネスケール測定器１８へ、セレクター１９ｂはロの側が
選ばれ直進ステージ用のドライバー２４ａへ接続され、
光線探索２８とピークサーチ２９の動作の場合はセレク
ター１９ａはイの側が選ばれＡ／Ｄ変換部１７へ、セレ
クター１９ｂはイへの側が選ばれ傾斜ステージ用のドラ
イバー２４ｂへ接続されている。

【００２３】コントローラ２５はピーク値検出部２０
と、座標値検出部２１からデータを読取り、ＬＤ電源２
２へは光素子４を駆動させるための電流値のデータをパ
ルスジェネレータ部２３へはステージを移動させる移動
量に対応したデータを送り、操作部２６は作業者が作業
のスタートや停止させる時の指令値をコントローラ２５
へ送り、表示等の信号を受けとる。

【００２４】以上のように処理部は溶接のための平行だ
し動作と光のパワーを検出するための光線探索２８とピ
ークサーチ２９の動作で兼用されている。

【００２５】図３はこの発明の装置の動作フローの一実
施例を示す図である。２７は平行だし、２８は光線探
索、２９はＸＹピークサーチ、３０はパワーレベルの確
認、３１はＹＡＧ溶接、３２は溶接完了、３３は溶接角
度回転、３４はパワーレベルの確認である。

【００２６】作業者が光軸調整装置に光素子ホルダ１と
光ファイバホルダ２の部品を装着し、光軸調整装置のス
タートを行う。光素子ホルダ１に追従して上下する光フ
ァイバホルダ２のＺ方向で最も下がった状態をマグネス
ケール１５で検出し電気回路で処理した結果をソフトウ
ェアで判断しコントロールすることにより、溶接される
２つの部品の接触面間での隙間をなくし高精度に平行に
するための平行だし２７を行い、光素子ホルダ１を２軸
方向にあおる手段を駆動して光素子ホルダ１を調整す
る。

【００２７】次に、光素子ホルダ１の内部の光素子４か
ら出てくる光線の位置を見付ける為、光素子ホルダ１を
ＸＹ平面内を等間隔で移動して光ファイバーへ光が入射
する位置へ移動するという光線探索２８の動作を行う。
この光線探索２８で見つかった点をスタート点にして、
光ファイバー３へ光が最も多く入る位置をＸＹの２次元
内で見つけるというＸＹピークサーチ２９の動作を行
う。次にこの時の光のパワーレベルの確認３０を行い、
基準範囲内でない場合は作業者が原因を調査し、再びＸ
Ｙピークサーチ２９とパワーレベルの確認３０を繰り返
し行って、光ファイバー３へ光が最も多く入る位置で光
のパワーレベルが基準範囲内に入っている時に、その位
置を固定するために、光素子ホルダ１と光ファイバホル
ダ２をＹＡＧ溶接３１により接合面を固定する。

【００２８】光素子モジュールは円筒形でできているの
で、ＸＹ面の固定は付きあわせ部分の円周上で数点（例
えば３点×２回）行って引っ張り強度等に耐えられるよ
うに組立る。よって、全周が溶接完了３２が満足される
まで溶接角度回転３２を行って溶接作業を終了し、最終
的にパワーレベルの確認３４を行い、規格内に入ってい
ることを確認して光素子モジュールの調整作業と接合作
業とからなる組立てを完了する。

【００２９】また、上記実施例では光素子として発光素
子を例にとり説明したが、受光素子の場合も同様の方法
および装置で光の向きを逆にして生産できることが容易
に推察できる。

【００３０】

【発明の効果】この発明は以上説明したとおり、光素子
モジュールの組立方法およびその装置において、光素子
と光ファイバーとの光結合強度を測定しながら光ファイ
バホルダと光素子ホルダとの水平方向での相対位置を調
整することと、下方の光素子ホルダに追従して上下する
上方の光ファイバホルダのＺ方向で最も下がった状態を
検出できるようにし、光結合の調整作業および光素子ホ
ルダと光ファイバホルダとの固定作業を従来に比べて短
時間で行えるようにしたので、従来は熟練作業者が長時
間をかけて行っていた光素子モジュールの組立作業が簡
単に行えるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例であるステージ関係の機構
を示す図である。

【図２】この発明の一実施例である制御関係のブロック
図を示す図である。

【図３】この発明の一実施例である装置の動作フローを
示す図である。

【図４】対象とする光素子モジュールの構造の一例を示
す図である。

【図５】従来のステージ関係の機構を示す図である。

【符号の説明】

１ 光素子ホルダ ２ 光ファイバホルダ ３ 光ファイバー ４ 発光素子 ５ レンズ ６ 光ファイバー端末 ７ 光ファイバー出射端 ８ 溶接箇所 ９ 直進ステージ １０ 水平定盤 １１ 垂直定盤 １２ モータ駆動の傾斜ステージ １３ 発光器用保持部 １４ 垂直スライド １５ マグネスケール １６ ストッパー １７ Ａ／Ｄ変換部 １８ マグネスケール測定器 １９ セレクター ２０ ピーク値検出部 ２１ 座標値検出部 ２２ ＬＤ電源 ２３ パルスジェネレータ部 ２４ ドライバー ２５ コントローラ ２６ 操作部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光素子モジュールの光ファイバホルダと
   光素子ホルダとを光軸調整した後に固定する組立方法に
   おいて、光ファイバホルダを光素子ホルダの上方に配置
   し、光素子ホルダに追従して上下する光ファイバホルダ
   のＺ方向での変位を検出しながら前記光素子ホルダを２
   軸方向に回動し、最も下がった状態を検出する第１の動
   作手順と、前記光素子ホルダをＸＹ平面内を移動させて
   光ファイバーとの光結合位置へ移動させる第２の動作手
   順と、前記光素子ホルダの光素子と光ファイバホルダの
   光ファイバーとの光結合が所望の結合量となる位置をＸ
   Ｙの２次元内で検出する第３の動作手順と、前記第３の
   動作手順で検出した所望の結合量を得る位置で、前記光
   素子ホルダと前記光ファイバホルダを固定する第４の動
   作手順とを有することを特徴とする光素子モジュールの
   組立方法。
2. 【請求項２】 光素子ホルダを水平方向で移動させた時
   の光素子と光ファイバとの光結合の強度を測定する第１
   の手段と、光ファイバホルダと前記光素子ホルダとの相
   対位置を調整するために前記光素子ホルダを水平方向で
   ２軸方向に移動させる第２の手段と、前記第１の手段の
   測定結果に基づいて前記第２の手段を駆動して光素子ホ
   ルダを適切な位置へ移動させる第３の手段と、前記光フ
   ァイバホルダが前記光素子ホルダの回動動作に追従して
   上下方向にスライドできる機構と、前記光ファイバホル
   ダの上下方向の変位量を測定する第４の手段と、前記第
   ４の手段の測定結果に基づいて前記光ファイバホルダと
   前記光素子ホルダとの相対傾き角を調整するように前記
   光素子ホルダを２軸方向に回動させる第５の手段とを備
   えたことを特徴とする光素子モジュールの組立装置。