JP3016493U - 光学素子の近接・接触用位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で、作業性に優れた光学素子の近接
・接触位置決め装置を提供することにある。 【構成】モータ１２によって前進後退自在な移動ステー
ジ１１を備えた位置決め用ステージ１の上に、光学素子
Ａを固定するホルダ１７ｃを備えた可動台１７を持つス
ライドテーブル２を設け、可動台１７を移動ステージ１
１の前端部位の支持台１８を介して弾性体１９により常
時前進側に付勢しておくことで移動ステージ１１と可動
台１７を一体に前進させ、光学素子Ａ，Ｂ同士の接触に
より前記弾性体１９の付勢力に抗して可動台１７が後退
したときにその変位量を変位検出センサ２１で検出し、
移動ステージ１を光学素子最適間隔位置まで微動させた
後、クランプ手段２２で可動台１７の位置を固定するよ
うにした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光通信等で使用される光学素子を最適な位置に調整する際に好適な光 学素子の位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、光通信が実用化されるのに伴い、発光素子や受光素子等の各種光学素子 が多く使用されるようになっている。これら光学素子の使用に際しては光軸を一 致させる必要があることから、光学素子の位置決め装置が種々提案されている。 例えば、光ファイバ系の光学素子を使用した評価実験を行なったり、光学素子 同士をつなぎ合わせるモジュール製作等を行ったりする際には、出光側と受光側 の光学素子同士を最適位置へ調芯する必要があり、この調芯に関しては、様々な 方法の機構及び制御が開発され提供されており、高速化、自動化（無人化）が進 んでいる。

【０００３】

【考案が解決しようとする技術的課題】

ところで、前述した調芯に際しては、その前段階ないし前工程として、出光側 の素子（たとえばファイバアレイや光導波路など）と受光側の素子（たとえばフ ァイバアレイやフォトダイオード）とを接触あるいは近接させる位置決め作業が 不可欠である。 しかし、従来ではかかる光学素子同士の位置決め作業を自動的に正確に行なえ る機器がなく、そのため作業者が顕微鏡等により目視しながら１つ１つ位置決め させているのが実情であった。このため作業性と作業能率が悪く、また操作ミス により素子同士を衝突させて破損させるなどの問題があった。 本考案は前記したような問題点を解消するために考案されたもので、その目的 とするところは、簡単な構成で作業性に優れた光学素子の近接・接触用自動位置 決め装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため本考案の第１考案は、光学素子を調芯する前に端部同 士を近接または接触させるための手段において、モータによって前進後退自在な 移動ステージを備えた位置決め用ステージと、位置決め用ステージの前方におい て一方の光学素子を固定する固定台と、前記移動ステージに据付けられるベース とこれに相対移動可能に取り付けられた可動台を有し、該可動台が上部に他方の 光学素子を固定するホルダを有するスライドテーブルと、前記移動ステージの前 端部位に設けた支持台に一端が固定され可動台を常時前進側に付勢する弾性体と 、スライドテーブルよりも後方の前記移動ステージに設けられ光学素子同士の接 触により前記弾性体の付勢力に抗して可動台が後退したときにその可動台の変位 量を検出する変位検出センサと、変位検出センサで検出された可動台の位置に応 じて移動ステージが微動された後、可動台の位置を固定するのクランプ手段を備 えている構成としたものである。

【０００５】 また、本考案の第２考案は、前記弾性体をクランプ手段で兼用されたもので、 すなわち、モータによって前進後退自在な移動ステージを備えた位置決め用ステ ージと、位置決め用ステージの前方において一方の光学素子を固定する固定台と 、前記移動ステージに据付けられるベースとこれに相対移動可能に取り付けられ た可動台を有し、該可動台が上部に他方の光学素子を固定するホルダを有するス ライドテーブルと、スライドテーブルよりも後方の前記移動ステージに設けられ 、常態において可動台を移動ステージの前端側の支持台に向けて軽く付勢し、要 時に可動台を強く押圧して位置を固定するための弾性体兼クランプ手段と、光学 素子同士の接触により前記弾性体兼クランプ手段の付勢力に抗して可動台が後退 したときに該可動台の変位量を検出して前記モータと弾性体兼クランプ手段の駆 動を制御するための変位検出センサを備えた構成としている。 前記変位検出センサは、好ましくは変位の大きさに比例する出力を発生する非 接触型センサから構成され、その変位検出センサは外部のコンピュータを含む制 御装置に電気的に接続され、これからの信号でモータとクランプ手段または弾性 体兼クランプ手段が作動されるようになっている。第１考案においては弾性体は 引張りバネから、クランプ手段はエアシリンダからそれぞれ構成される。第２考 案においては弾性体兼クランプ手段はエアシリンダから構成される。

【０００６】

【作用】

可動台の上部のホルダに光学素子を固定した状態でモータを作動する。このモ ータの回転駆動に応じて移動ステージが光軸方向に前進する。第１考案において は、可動台は弾性体の引張り力で移動ステージの前端の支持台に当接されている ため、前記移動ステージと一体となって前進する。

【０００７】 そして、可動台に保持されている光学素子が前方の固定台に対向状に固定され ている光学素子に接触すると、可動台は弾性体の付勢力に抗して後退側に移動さ せられる。前記光学素子同士の接触は、可動台が弾性体により付勢されている関 係からソフトタッチであり、したがって衝突により破損することはない。 前記のように可動台が後退させられると、その変位量が変位検出センサにより 検出され、これから制御装置に信号が送られ、モータが駆動停止される。それと ともに当該接触位置でのモータの出力状態(パルス数)が情報として制御装置に入 力され、素子同士の予定する最適間隔に則するように制御装置からの信号でモー タが作動されて移動ステージが微動される。そして、光学素子が最適間隔に到っ たときには、制御装置からの信号でクランプ手段が作動し、これにより可動台は 後方から押圧され、前端の支持台との間で安定的に位置が固定される。 したがって、熟練を要さずに、簡単、確実かつ正確に光学素子同士を接触位置 あるいは近接した位置に位置決めすることができる。

【０００８】 第２考案においては、スライドテーブルの可動台は弾性体兼クランプ手段のク ッション的押圧により移動ステージの前端の支持台に当接されているため、前記 移動ステージと一体となって前進する。そして、可動台側の光学素子が固定台側 の光学素子に接触すると、可動台は弾性体兼クランプ手段の付勢力に抗して後退 側に移動させられる。 その後モータが作動されて移動ステージが微動され、光学素子が最適間隔に到 ったときには制御装置からの信号で弾性体兼クランプ手段が本来の出力で作動し 、可動台は前端の支持台との間で位置が安定的に固定される。 この第２考案は弾性体として別部品を使用しないですむため、構造をより簡単 にすることができる。

【０００９】

【実施例】

以下本考案の実施例を添付図面に基いて説明する。 図１ないし図４は本考案による光学素子の近接・接触用位置決め装置の第１実 施例（第１考案）を示している。 図１と図２及び図３において、１は位置決め用ステージであり、テーブルＴに 載置固定される基台１０とこれに光軸方向に移動可能に取り付けられた移動ステ ージ１１を備えている。４は前記位置決め用ステージ１の前方のテーブルＴに固 定された固定台であり、該固定台４の上部にはファイバアレイ、光導波路等など の光ファイバＦを接続した光学素子（たとえばファイバアレイ、光導波路など） Ｂが前端面ｂを後方に適度に突出させるようにして固定されている。 前記基台１０は光軸方向で後方すなわち図中では右端側に支壁１００を立設し ており、この支壁１００にサーボモータやステッピングモータなどのパルス制御 可逆回転型のモータ１２が固定されている。そして、前記モータ１２の出力側に は駆動軸としてのボールネジ１３が結合されており、該ボールネジ１３は光軸方 向で前方に伸び、前記モータ１２により任意の回転数と回転方向で駆動回転され るようになっている。 一方、前記移動ステージ１１は断面が溝形をなし、上部下面には前記ボールネ ジ１３に螺合するめねじ体１４を固着しており、これによりボールネジ１３の回 動に応じて移動ステージ１１はボールネジ軸方向すなわち光軸方向で前後に移動 するようになっている。

【００１０】 ２は前記位置決め用ステージ１の上部に配置されたスライドテーブルである。 該スライドテーブル２は、移動ステージ１１の上面に図示しないボルトなどで 据付け固定された固定ベース１６と、この固定ベース１６に対して光軸方向に相 対移動可能な可動台１７を備えており、可動台１７の上部には、光ファイバＦに 接続されている光学素子Ａを固定するためのホルダ１７ｃが設けられている。 ホルダ１７ｃは、この例では固定部体１７３とこれに対峙し長孔とボルトなど により接近後退可能な移動部体１７４からなっていて、それら固定部体１７３と 移動部体１７４により光学素子Ａをその前端面ａが可動台１７から前方に適度に 突出した状態となるように挟持固定するようになっている。

【００１１】 前記固定ベース台１６は、図２に示すように幅方向中央領域に摺動ガイド用の 突台部１６ａを有しており、この突台部１６ａの幅方向両側面にはＶ溝１６０， １６０が形成されている。これに対して、可動台１７は下向き溝型断面形状とな っていて、前記突台部１６ａの両側面に対峙する側壁にはＶ溝１７０，１７０を 有するレール部材１７ａ，１７ａが固着されており、前記Ｖ溝１７０，１７０と 突台部１６ａの前記Ｖ溝１６０，１６０との間に硬質のボール１７ｂが介在され ることにより可動台１７はガタつきなく前後方向に滑らかに精密移動可能となっ ている。

【００１２】 前記位置決め用ステージ１の移動ステージ１１には、前端部に支持台１８が固 定されるとともに、後端部には保持台２０が固定されており、前記支持台１８に は可動台１７の前進限を規定するストッパピン１８ａが突設されると共に、弾性 体１９の一端が支持されている。 前記弾性体１９としてはたとえば引張りバネが用いられ、該引張りバネは突台 部１６ａの軸線方向に設けた溝に納められ、他端が可動台１７の略中間位置に固 定されている。これにより可動台１７は常態において前進方向に付勢され、スト ッパピン１８ａに当接する初期位置に固定させられるようになっている。 一方、前記保持台２０には、変位検出センサ２１とクランプ手段２２が保持固 定されている。前記変位検出センサ２１は可動台１７の初期位置からの変位量す なわち通常は後退量を検出するためのもので、変位の大きさに比例する出力が発 生する接触型または非接触型センサが用いられる。非接触型センサセンサとして は、たとえば渦電流型、ホールＩＣ型、磁気抵抗素子型などが挙げられる。 クランプ手段２２は、この変位検出センサ２１で検出される可動台１７の変位 量に応じて前記モータ１２が駆動されて移動ステージ１１が微動された後、当該 可動台１７の位置を固定するためのものであり、取扱い性などの面からエアシリ ンダが用いられる。

【００１３】 前記変位検出センサ２１はインタフェース２３を介してパーソナルコンピュー タを含む制御装置５に電気的に接続されており、モータ１２もコントローラ２５ を介して制御装置５に電気的に接続されている。さらに前記クランプ手段２２も 電磁弁２４を介して制御装置５に電気的に接続されている。 この制御装置５からの制御信号は電磁弁２４及びコントローラ２５にそれぞれ 入力され、これにより、変位検出センサ２１からの接触位置情報及びモータ１２ の回転駆動の際のパルス数に応じてモータ１２とクランプ手段２２が順次駆動制 御されるようになっている。

【００１４】 図５は本考案の第２実施例（第２考案）を示している。この実施例においては 弾性体１９は省略され、スライドテーブル２の可動台１７を初期位置に付勢する 手段としてクランプ手段２２を利用している。 クランプ手段２２はエアシリンダからなり、電磁弁２４は比例電磁弁などが用 いられ、常態においてピストンロッド２２０が可動第１７の後端部に当接ないし 連結され、ピストン側に供給したエアにより軽い押圧力を発生させ、要時にだけ ヒストン側に所定量，所定圧のエアを供給して所定の押圧力を発生させるように 構成されている。 その他は第１実施例と同様てあるから、同じ部分に同じ符号を付し、説明は省 略する。 なお、本実施例では固定台４に出光側の光学素子が固定され、スライドテーブ ル２に受光側の光学素子が取り付けられているが、この逆であってもよい。

【００１５】

【実施例の作用】

次に、第１本実施例における作業手順を図４に示すフローチャートを参照して 説明する。 まず作業にあたっては、固定台４に一方の光学素子Ｂを固定し、スライドテー ブル２の可動台１７にはホルダ１７ｃにより他方の光学素子Ａを固定する。 この状態で、まずステップＳ１において、変位検出センサ２１によりスライド テーブル２の可動台１７の位置のモニタを開始し、モニタリングを行いながらモ ータ１２を回転駆動してボールねじ１３を回転させる。これによりめねじ体１４ を介して移動ステージ１１は前方向へ移動する。このとき、スライドテーブル２ の可動台１７は弾性体１９により前進側の支持台１８の方向に付勢されているこ とから、位置決め用ステージ１の移動ステージ１１と一体となって光軸方向で前 方へ移動する。これにより可動台１７に載置固定されている光学素子Ａも前進し 、固定台４の光学素子Ｂに近づいてゆく。

【００１６】 次にステップＳ３でスライドテーブル２の可動台１７に載置固定されている光 学素子Ａが固定台４に固定されている光学素子Ｂと接触すると、可動台１７が弾 性体１９の付勢力に抗して後方に押される。このときの可動台１７の変位量が変 位検出センサ２１によりモニタされる(ステップＳ３，Ｓ５)。 この変位検出センサ２１よって可動台１７の後退が検出されたときには、ステ ップＳ７に進み、モニタされた変位信号によりモータ１２の回転駆動を停止して 位置決め用ステージ１の前進移動を停止した後に、変位検出センサ２１でモニタ され得られた接触位置情報がモータ１２のパルス数によって確認され、変位量か ら接触位置が計算される。 続いて、ステップＳ９では、ステップＳ１乃至ステップ７で計数されたパルス 数及び変位検出センサ２１でモニタされた変位量(接触位置)から、光学素子Ａ， Ｂ同士の端面ａ，ｂが最適な間隔となる光学素子Ａの最適位置を演算する。 ステップＳ１１では、制御装置５からの信号でモータ１２が駆動され、これに より位置決め用ステージ１は前記最適位置に達するまで後退側又は/及び前進側 に微動させられる。こうして最適位置に達したところで制御装置５からの信号で 電磁バルブ２４が作動される。これによりクランプ手段２２がオンとなってピス トンロッド２２０が伸長し、それにより可動台１７は前端が支持台１８に当接す る状態に固定される。 最後にステップＳ１３の調芯工程に進み、前工程を終了する。

【００１７】 第２実施例においては、作業にあたって制御装置５からの信号でクランプ手段 ２２にエアを供給し、クランプ力よりも軽度の押圧力を発生させ、それによりピ ストンロッド２２０を伸長して可動台１７を付勢して初期位置に保持しておく。 前記のように移動ステージ１１と可動台１７が一体に前進し、光学素子Ａが固 定台９の光学素子Ｂと接触して押圧されたときには、可動台１７はクランプ手段 ２２のピストンロッド２２０を押し戻すかたちで後退する。可縮性流体による軽 い押圧力のため弾性体を使用した場合と同じようにクッション作用が発揮され、 光学素子Ａ，Ｂの破損は防止される。 あとは第１実施例のステップと同様であり、位置決め用ステージ１が微動され て光学素子Ａ，Ｂの最適ギャップに則した位置に到ったところで、制御装置５か らの信号で電磁弁２４を通してクランプ手段２２に所定の強さの押圧力が発生す るようにエアが供給され、可動台１７を支持台１８との間で固定する。

【００１８】 以上のような位置決め方法を採るため、本実施例によれば、光学素子Ａ，Ｂの 先端面間の正確な距離情報が得られ、接触あるいは近接動作を再現性良く行なう ことが可能であり、このため調芯工程の際に光学素子Ａ，Ｂ同士の衝突、或いは この衝突による破損を防止し得る。 また画像処理を用いた手法よりも安価で、光学素子の反射光コントラスト等も 選ばず、光学素子の大きさも選ばない利点がある。さらに光学素子の近接・接触 作業の自動化により、複数の光学素子同士の実験およびモジュール製作を同時に 行え、これにより作業時間の短縮あるいは無人化が容易である。 なお、検査対象の光学素子に光軸方向への弾性が生じる場合には、この弾性に 応じた補正値をマップとして制御装置５に入力しておくことで実現できる。

【００１９】

【考案の効果】

以上説明した本考案の請求項１によれば、モータ１２によって前進後退自在な 移動ステージ１１を備えた位置決め用ステージ１の上に、光学素子Ａを固定する ホルダ１７ｃを備えた可動台１７を持つスライドテーブル２を設け、可動台１７ を移動ステージ１１の前端部位の支持台１８を介して弾性体１９により常時前進 側に付勢しておくことで移動ステージ１１と可動台１７を一体に前進させ、光学 素子Ａ，Ｂ同士の接触により前記弾性体１９の付勢力に抗して可動台１７が位置 決め用ステージ１と相対的に後退したときにその変位量を変位検出センサ２１で 検出し、その信号で移動ステージ１を光学素子Ａ，Ｂの最適間隔位置まで微動さ せた後、クランプ手段２２で可動台１７の位置を固定するようにしたので、光学 素子Ａ，Ｂを破損させずに自動的に能率よく正確に位置に位置決めすることがで き、これにより複数の光学素子同士の実験およびモジュール製作を同時に行ると いうすぐれた効果が得られる。 請求項２によれば、クランプ手段２２が弾性体も兼ねているため、装置構造が 簡単になるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案装置の第１実施例を示す横断面図であ
る。

【図２】第１実施例の構成を示す分解斜視図である。

【図３】第１実施例による光学素子の位置決め状態を示
す側面図である。

【図４】第１実施例を用いて光学素子の位置決めを行う
際の手順を示すフローチャートである。

【図５】本考案の第２実施例を示す横断面図である。

【符号の説明】

１ 位置決め用ステージ ２ スライドテーブル ５ 制御装置 １１ 移動ステージ １２ モータ １６ ベース １７ 可動台 １８ 支持台 １９ 弾性体 ２０ 保持台 ２１ 変位検出センサ ２２ クランプ手段

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光学素子Ａ，Ｂを調芯する前に端部同士を
   近接または接触させるための手段において、以下の構成
   を備えていることを特徴とする光学素子の近接・接触用
   位置決め装置。 ａ．モータ１２によって前進後退自在な移動ステージ１
   １を備えた位置決め用ステージ１と、 ｂ．位置決め用ステージ１の前方において一方の光学素
   子Ｂを固定する固定台４と、 ｃ．前記移動ステージ１１に据付けられるベース１６
   と、これに相対移動可能に取り付けられた可動台１７を
   有し、該可動台１７が上部に他方の光学素子Ａを固定す
   るホルダ１７ｃを有するスライドテーブル２と、 ｄ．前記移動ステージ１１の前端部位に設けた支持台１
   ８に一端が固定され、可動台１７を常時前進側に付勢す
   る弾性体１９と、 ｅ．スライドテーブル２よりも後方の前記移動ステージ
   １１に設けられ、光学素子Ａ，Ｂ同士の接触により可動
   台１７が前記弾性体１９の付勢力に抗して後退したとき
   に可動台１７の変位量を検出する変位検出センサ２１
   と、 ｆ．変位検出センサ２１で検出された可動台１７の位置
   に応じて移動ステージ１１が微動された後、可動台１７
   の位置を固定するクランプ手段２２。
2. 【請求項２】光学素子Ａ，Ｂを調芯する前に端部同士を
   近接または接触させるための手段において、以下の構成
   を備えていることを特徴とする光学素子の近接・接触用
   位置決め装置。 ａ．モータ１２によって前進後退自在な移動ステージ１
   １を備えた位置決め用ステージ１と、 ｂ．位置決め用ステージ１の前方において一方の光学素
   子Ｂを固定する固定台４と、 ｃ．前記移動ステージ１１に据付けられるベース１６、
   とこれに相対移動可能に取り付けられた可動台１７を有
   し、該可動台１７が上部に他方の光学素子Ａを固定する
   ホルダ１７ｃを備えたスライドテーブル２と、 ｄ．スライドテーブル２よりも後方の前記移動ステージ
   １１に設けられ、常態において可動台１７を移動ステー
   ジ１１の前端側の支持台１８に向けて軽く付勢し、要時
   に可動台１７を強く押圧して位置を固定するための弾性
   体を兼ねたクランプ手段２２と、 ｅ．スライドテーブル２よりも後方の前記移動ステージ
   １１に設けられ、光学素子Ａ，Ｂ同士の接触により前記
   弾性体兼クランプ手段２２の付勢力に抗して可動台１７
   が後退したときに該可動台１７の変位量を検出して前記
   モータ１２と弾性体兼クランプ手段２２の駆動を制御す
   るための変位検出センサ２１。
3. 【請求項３】変位検出センサ２１が非接触型センサから
   構成されている請求項１または請求項２のいずれかに記
   載の光学素子の近接・接触用位置決め装置。
4. 【請求項４】前記変位検出センサ２１が外部のコンピュ
   ータを含む制御装置５に電気的に接続され、これからの
   信号でモータ１２とクランプ手段または弾性体兼クラン
   プ手段２２が所定のプログラムで順次作動されるように
   なっている請求項１または請求項２に記載の光学素子の
   近接・接触用位置決め装置。
5. 【請求項５】弾性体１９が引張りバネから構成され、ク
   ランプ手段２２がエアシリンダから構成されている請求
   項１に記載の光学素子の近接・接触用位置決め装置。
6. 【請求項６】弾性体兼クランプ手段２２がエアシリンダ
   から構成されている請求項２に記載の光学素子の近接・
   接触用位置決め装置。