JP3443652B2 - 光素子搭載方法 - Google Patents
光素子搭載方法Info
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Description
たは受光の機能をもつ光モジュールを形成する際の光素
子搭載方法に関するものである。
を用いた光モジュールが存在する。
略的な構成を示す。なお、図7に示す光モジュールは、
光源の機能をもつ光モジュールであり、光素子として半
導体レーザを用いたものを示している。
およびレンズ112,113がハウジング116内に固
定されたものであり、さらに、フェルール114もハウ
ジング116内に固定されて収納されている。フェルー
ル114は、軸中心に空洞部115が形成された円筒形
の形状であり、上記空洞部115内には光ファイバ12
0が導入されている。上記半導体レーザ111からの出
射光は、レンズ112,113を介してフェルール11
4に導かれる。
半導体レーザ111、レンズ112,113、およびフ
ェルール114をハウジング116内の適当な位置に載
置した後に、半導体レーザ111を電流駆動し、光ファ
イバ120からの出射光の強度をモニタしながら、上記
半導体レーザ111からの出射光が上記光ファイバ12
0に正確に入射されるように、レンズ112,113、
およびフェルール114の位置を調整している。
モジュールの光軸の調整においては、レンズ112,1
13およびフェルール114の位置の微調整が難しく、
かかる労力が非常に大きい。
2,113は高価であることや、レンズ112,113
を保持するレンズ保持台および光軸の微調整に用いる微
動台等の部材も高価であることから、光モジュール全体
として高価なものとなっており、単価を下げることが望
まれている。
ルも実用化されている。
ら成る透明な基板118に半導体レーザ111およびフ
ェルール114を備える光モジュールがある。この光モ
ジュールにおいては、半導体レーザ111の位置を決定
する際に用いる任意の形状のマークを、予め決められた
位置に、任意の数だけ形成しておく。具体的には、図8
においては、円形のマーク117を2つ形成している。
これらのマーク117に、例えば赤外光を照射し、この
照射された赤外光の反射光の光量を検出することにより
半導体レーザ111の位置を決定する。
記マーク117を形成するときの位置決めの精度が低い
ので、上記マーク117の位置を基準として位置決めさ
れる半導体レーザ111の位置の精度も低くなってしま
う。
力もかかることになる。
ることができる光モジュールを形成する際に、光素子を
簡易に搭載することができる光素子搭載方法を提供する
ことを目的とする。
に、請求項1に係る本発明の光素子搭載方法は、電極が
形成された光素子を、軸方向と平行な溝部が軸中心に形
成された半円筒形の搭載部の平坦面の上部に搭載する際
に、上記搭載部に上記光素子を仮置きして上記光素子の
上部から赤外光を照射し、上記光素子および上記搭載部
に予め設けられた複数の検索領域内の上記赤外線の反射
光を検出する工程と、上記検出された反射光に基づいて
画像処理を行い、上記光素子の光軸中心および上記搭載
部の軸中心を検出して上記光素子と上記搭載部との相対
的な位置関係を認識する工程と、上記認識された相対的
な位置関係に基づいて、上記光素子の搭載位置を調整す
る工程と、から成る光素子搭載方法であって、上記光素
子の搭載部の電極上に形成された軸方向と平行な溝部に
おける赤外光の反射光量の方が、電極の平坦面上からの
赤外光の反射光量より少なくなる光量差により、前記溝
部の境界線を検出し、前記光素子の電極からの赤外光の
反射光量の方が、光素子の電極が形成されていない部分
からの赤外光の反射光量よりも多くなる光量差により、
前記光素子の電極の境界線を検出するようにしたことを
特徴とする。
子は半導体レーザであることを特徴とする請求項1に記
載の光素子搭載方法である。
詳細に説明する。
的な構成図を示し、図2は光モジュールと光ファイバと
の結合時の斜視図を示す。なお、以下に説明する実施の
一形態においては、光素子として、発光素子の一つであ
る半導体レーザ11を用いている。
る半導体レーザ11と、軸方向と平行な溝部16が軸中
心に形成された半円筒形であって、上記半導体レーザ1
1を平坦面側の上部に搭載する搭載部12とを備え、上
記半導体レーザ11の光軸中心と上記搭載部12の軸中
心とは一致するものである。
搭載部12と対向する面の中央に、予め形成されてい
る。この電極21は、半導体レーザ11の一方の端面1
1a側では細く、他方の端面11b側では太い、凸形の
形状に形成されている。また、上記電極21は、通常、
金を用い、蒸着により形成される。
けられた円筒形フェルールを、上記軸方向に沿った方向
の上記軸中心を通る面で、半分に分割したものであり、
上記分割された面である平坦面上および上記円筒の空洞
部が半分に分割されて形成された溝部16には、上記半
導体レーザ11の電極21と同様に、金の蒸着により、
電極17が任意の大きさで一体化されて形成されてい
る。
の平坦面上に形成された電極17上に載置されて、その
載置位置が調整される。この載置位置の調整は、半導体
レーザ11に形成されている電極21と平行な中心線4
0と、上記搭載部12の溝部16の軸中心である中心線
41とが一致するようになされる。そして、この後、半
導体レーザ11は、半田により上記搭載部12に接着さ
れて搭載される。
部12の軸方向における一方の端面12aと上記半導体
レーザ11の軸方向における一方の端面11aとが対応
し、上記搭載部12の軸方向における他方の端面12b
と上記半導体レーザ11の他方の端面11bとが対応す
るように搭載される。これにより、上記各他方の端面1
1b,12bに近い側で、上記半導体レーザ11の電極
21と上記搭載部12の電極17とが接触する。
12は、図2に示すように、割スリーブ13にはめ込ま
れる。この割スリーブ13は、フェルール14を固定す
るために用いられる従来の割スリーブと比較して、割部
が大きいものとしている。これにより、半導体レーザ1
1が搭載された搭載部12のはめ込み動作を行い易くな
る。
ような、軸中心に円筒の空洞部15が設けられた円筒形
のフェルール14が予め挿入されており、上記空洞部1
5の内部には、光ファイバ20が挿入されている。上記
フェルール14の一方の端面(先端面)14aおよび上
記光ファイバ20の上記一方の端面14a側の端部に
は、それぞれ無反射コーティングが施されている。
12は、上記フェルール14の一方の端面14aに上記
搭載部12の一方の端面12aが接するように搭載され
る。
12とは、材質、外径、およびフェ ルール14の内部の
空洞部15の直径と搭載部12の溝部16の直径とにお
いて全て同じものである。このように、半導体レーザ1
1の搭載部12をフェルール14と同じものを用いるこ
とにより、上記搭載部12の軸中心と上記フェルール1
4の軸中心とを簡易に一致させることができる。また、
上記搭載部12の軸中心である上記中心線41に上記半
導体レーザ11の光軸中心である中心線40を一致させ
ることにより(図1参照)、半導体レーザ11からの出
射光を、フェルール14に挿入された光ファイバ20の
無反射コーティングが施された端部に正確に入射させる
ことができる。
ときに、上記半導体レーザ11の光軸と上記搭載部12
の軸中心とが一致するように、上記半導体レーザ11を
上記搭載部12の平坦面に搭載する、本発明の光素子搭
載方法について以下に詳細に説明する。
構成図を示し、図4は半導体レーザ11を搭載部12の
上面に搭載する際に用いる検索領域および中心線を示す
図を示し、図5は半導体レーザ11の搭載方法の手順の
フローチャートを示す。
体レーザ11を搭載部12の上面に搭載するときには、
搭載部12上に搭載された半導体レーザ11の上部から
赤外光を照射し、この赤外光の反射光を検出して、上記
半導体レーザ11の電極21の中心線40(図1参照)
および搭載部12の電極17の溝部16の中心線41
(図1参照)を求めた後、上記中心線40,41が一致
するように、半導体レーザ11の搭載位置を調整する。
上記中心線40は、半導体レーザ11の光軸と一致し、
また、上記中心線41は、搭載部12の軸中心と一致す
ることから、上記2つの中心線40,41を一致させる
ことにより、半導体レーザ11の光軸を、フェルール1
4の空洞部15内の光ファイバ20の光軸に正確に一致
させることができる。
置を用いる。図3に示す装置では、制御装置43の制御
により、光源50から赤外光が出射される。この出射さ
れた赤外光は、ビームスプリッタ42および対物レンズ
48等を介してSiO2等から成る透明なガラス板49
上に照射される。このガラス板49の下部には半導体レ
ーザ11が搭載部12の上部に仮置きされており、上記
ガラス板49は半導体レーザ11を押さえて固定してい
る。上記出射された赤外光は、上記ガラス板49を介し
て半導体レーザ11および搭載部12上に照射される。
1および搭載部12より反射され、この反射光は、上記
対物レンズ48およびビームスプリッタ42等を介して
赤外光カメラ44に入射される。
反射光を検出し、この反射光の光量を例えば電気信号に
変換して制御装置43に送る。
いて画像データを作成し、この画像データによる画像認
識処理を行う。この画像認識処理により、図1に示す半
導体レーザ11の導波路の中心線と一致する光軸の中心
線40、および搭載部12の軸中心の中心線41の位置
を検出する。制御装置43は、検出した中心線40,4
1の位置のデータを用いて、微動装置45を制御する。
に基づいて、ガラス板49の位置を縦方向または横方向
に二次元的に移動させる。これにより、ガラス板49に
押さえられている半導体レーザ11の搭載位置が、上記
中心線40と上記中心線41とが一致するように調整さ
れる。
画像データは、上記各中心線40,41の周囲に所定の
範囲で設定される図4に示す検索領域31,32,3
3,34内で検出される。
ーザ11は、その軸方向の一方の端面11aが搭載部1
2の軸方向の一方の端面12aに対応され、かつ、搭載
部12の軸方向の一方の端面12aから予め決められた
距離d1 だけ離れた位置に仮置きされる。このときに、
検索領域31,32は、半導体レーザ11に形成されて
いる電極21の図における左端の境界線21aおよび図
における右端の境界線21bについて、中心線40を求
めることができる程度の範囲にそれぞれ設定される。ま
た、検索領域33,34は、搭載部12の溝部16の図
における左端の境界線16aおよび図における右端の境
界線16bに、中心線41を求めることができる程度の
範囲にそれぞれ設定される。
数の異なる位置の光量を検出することにより、半導体レ
ーザ11の電極21の中心線40および搭載部12の溝
部16の軸方向の中心線41を検出する。
ように、半導体レーザ11の位置を調整することによ
り、半導体レーザ11の導波路の中心、すなわち、光軸
中心を搭載部12の軸方向の軸中心と一致させることが
できる。
するための反射光の光量および境界線21a,21bを
検出するための反射光の光量について、具体的に説明す
る。
る電極17,21は、赤外光を透過せずに反射する。
れている溝部16は、屈曲しているために、この溝部1
6における赤外光の散乱量は、上記電極17の平坦面上
における赤外光の散乱量よりも多くなる。従って、溝部
16からの赤外光の反射光の光量のほうが、上記平坦面
上からの赤外光の反射光の光量よりも少なくなる。この
赤外光の反射光の光量の違いにより、溝部16の上記各
境界線16a,16bを検出することができる。
外光を照射したときには、上記電極21が形成されてい
ない部分からの赤外光の反射光の光量よりも上記電極2
1部分からの赤外光の反射光の光量の方が多い。この赤
外光の反射光の光量の違いにより、電極21の各境界線
21a、21bを検出することができる。ここで、半導
体レーザ11の電極21の境界線21a,21bの位置
は、上記溝部16の上部に存在しているが、溝部16に
おける赤外光の反射光および散乱光の各光量は一定とす
ることができる。
レーザ1から出射される光強度に対応して設定され、具
体的には、20〜30μmとすることが望ましい。
方の端面11a側の細い電極21の幅d2は5〜50μ
m、上記搭載部12の電極17の幅d3は10〜125
μmの範囲で形成されたものを用いる。例えば、電極2
1の幅d2を5μm、電極17の幅d3を10μmとする
ときの画像データの分解能は、対物レンズ48の倍率お
よび赤外光カメラ44の光学倍率に基づいて決定される
場合には、1ドット当たり1μm程度である。このとき
に、グレイスケールを用いれば、画像データの分解能
は、上記分解能の1/10の0.1μm程度とすること
ができる。
元の画像を検索する画像処理では、微分処理やしきい値
処理によってコントラストの大きい境界の領域を比較的
容易に検索することができるので、電極21と電極17
とは平行な直線とすることが望ましい。なお、一軸の方
向に境界線を検索するので、電極21,17の一部が不
完全な場合でも画像認識を容易に行うことができる。
より、半導体レーザ11の光軸に平行な方向は光軸に垂
直な方向よりもトレランス特性が広いことから、光軸に
平行な方向の分解能は光軸に垂直な方向に比べて一桁分
低い値で十分である。例えば、光軸に垂直な方向の1d
Bトレランスが2μmであるときに、光軸に平行な方向
の1dBトレランスは10μmとなる。従って、光軸に
垂直な方向に分解能が高くなるように、電極21を形成
し、また、最適な画像処理方法を用いることが必要であ
る。
2,33,34の幅および長さd5 については、各境界
線21a,21b,16a,16bを検出できる程度の
数の画像データを求めることができる程度であればよ
い。
画像認識処理の手順を説明する。
複数の異なる位置において、赤外光カメラ44で赤外光
の反射光の光量を検出する。そして、この反射光の光量
を用いた画像データにより、電極21の図における左端
の境界線21aを検出する。また、検索領域31を用い
た処理と同様にして、検索領域32内の複数の異なる位
置において検出された反射光の光量による画像データを
用いて、電極21の図における右端の境界線21bを検
出する。
境界線21a,21bを用いて、電極21の中心線40
を求める。
複数の異なる位置において、赤外光カメラ44(図3参
照)で赤外光の反射光の光量を検出する。そして、この
反射光の光量を用いた画像データにより、電極17の溝
部16の図における左端の境界線16aを検出する。ま
た、検索領域33を用いた処理と同様にして、検索領域
34内の複数の異なる位置において検出された反射光の
光量による画像データを用いて、電極17の溝部16の
図における右端の境界線16bを検出する。
境界線16a,16bを用いて、電極17の溝部16の
中心線41を求める。
線40,41を用いて半導体レーザ11と搭載部12と
の位置関係を算出する。このとき、上記中心線40と上
記中心線41とが一致せずに、位置ずれが存在する場合
には、上記位置関係を補正して、上記中心線40と41
とが一致するように位置合わせを行う。例えば、上記電
極21の幅d2が5μmであり、上記電極17の幅d3が
10μmである場合には、位置合わせの精度は±0.5
μmとなり、また、角度ずれは±0.3゜以下の精度と
することができる。
1もしくは電極17の電極上に、予め蒸着等により塗布
されている半田を、載置台46の下部に設置してあるヒ
ータ47によって加熱し、溶融して、半導体レーザ11
を搭載部12に接着する。例えば、金錫半田の融点は2
80゜Cであり、この温度よりも少し高い300〜31
0゜Cの温度で、10〜20秒間、10〜20gの加重
を加えて半導体レーザ11を搭載部12の上面に接着す
る。また、このとき、搭載部12の材質として、熱伝導
性の高い窒化アルミニウム等を用いることにより、半導
体レーザ11の温度特性を劣化させることがない。
熱的に位置が移動して位置ずれが生じる場合がある。
心線41との位置関係を算出し、位置ずれが存在する場
合には、ステップS5の処理と同様に、上記位置関係を
補正して、上記中心線40と上記中心線41とが一致す
るように位置合わせを行う。
1および搭載部12を冷却して、半導体レーザ11の搭
載部12への搭載処理を終了する。このようにして、光
モジュール1を形成する。
ール1を、一方の端部に既にフェルール14がはめ込ま
れている割スリーブ13の他方の端部にはめ込む。
いる溝部16の軸中心は、フェルール14内の円筒部1
5の軸中心と一致するものである。従って、上記割スリ
ーブ13に搭載部12およびフェルール14をはめ込む
ことにより、半導体レーザ11の光軸中心と上記フェル
ール14の円筒部15内に挿入される光ファイバ20の
軸中心とを容易に一致させることができる。
導体レーザ11の電極21の中心線40を求める処理
と、図5のステップS3,S4に示す搭載部12の電極
17の溝部16の中心線41を求める処理とは、処理順
序が逆であってもよい。
体レーザ11の電極21の幅d2 の方が搭載部12の電
極17の幅d3 よりも狭い場合について説明したが、図
6に示すように、半導体レーザ11の電極21の幅d2
の方が搭載部12の電極17の幅d3 よりも広い場合で
も、赤外光の反射光を検出して、各中心線40,41を
求め、半導体レーザ11の光軸と搭載部12の軸中心と
を一致させることができる。この場合にも、図3に示す
画像認識処理装置を用い、図5のフローチャートに示す
処理手順で画像認識処理を行うことができる。
17の溝部16の各境界線16a,16bを検出するた
めの検索領域33,34の軸中心方向の長さは、搭載部
12の一方の端面12aから半導体レーザ11の一方の
端面11aまでの長さとなる。すなわち、図6において
は、検索領域33,34の軸中心方向の長さは、幅d1
と同じとなる。このような位置に検索領域33,34を
設定するのは、搭載部12の電極17の幅d3 が、半導
体レーザ11の電極21の幅d2 より狭いので、半導体
レーザ11の電極21上から照射された赤外光は電極2
1によって反射されてしまい、この電極21の下部に存
在する電極17の溝部16の各境界線16a,16bの
両端における赤外光の反射光の光量の違いを検出できな
いためである。
軸方向の一方の端面12aから半導体レーザ11の軸方
向の一方の端面11aまでの距離と、上記一方の端面1
2aから電極17の端部18までの距離とを一致させた
場合について図示しているが、半導体レーザ11の一方
の端面11aの位置と電極17の端部18の位置とは必
ずしも一致しなくてもよい。
よるビームのスポットサイズを拡大するスポットサイズ
変換レーザを用いることにより、より広い結合トレラン
スを得ることができるので、より高精度に位置合わせを
行うことができる。
レーザ11の上部から照射し、搭載部12の電極17お
よび半導体レーザ11の電極21からの反射光を検出し
て画像認識処理を行っているが、赤外光を搭載部12の
下部から照射し、このときの赤外光の透過光を検出し
て、各境界線31,32,33,34を求め、画像認識
処理を行うことも可能であり、この場合にも、反射光を
検出して画像認識処理を行った場合と同様の効果を得る
ことができる。
するために、半導体レーザ11に形成された1つの電極
21を用いているが、例えば、半導体レーザ11に、電
極21に平行した位置合わせ用の電極を、上記電極21
の左右に1つずつ形成しておき、3つの電極についてそ
れぞれ位置合わせを行うことにより、より高精度な位置
合わせを行うことができる。
7は、平坦な上面および溝部16に金を蒸着によって一
体形成させたものであるが、溝部16をマスクして、平
坦面上のみに金を蒸着させ、電極17を2つの分離した
電極として形成したものであってもよい。
定されることはなく、金以外の金属を用いることも可能
である。
て説明したが、上記光素子には発光素子および受光素子
の両方を用いることが可能である。特に、発光素子を用
いる光モジュールにおいては、従来はレンズを必ず使用
しなければならないが、本発明の光モジュールではレン
ズを不要とするので、光モジュールをより安価に構成す
ることができる。なお、発光素子としては、半導体レー
ザのほかに発光ダイオードであるいわゆるLED等を用
いることができる。
子搭載方法は、電極が形成された光素子を、軸方向と平
行な溝部が軸中心に形成された半円筒形の搭載部の平坦
面の上部に搭載する際に、上記搭載部に上記光素子を仮
置きして上記光素子の上部から赤外光を照射し、上記光
素子および上記搭載部に予め設けられた複数の検索領域
内の上記赤外光の反射光を検出して画像処理を行い、上
記光素子の光軸中心および上記搭載部の軸中心を検出し
て上記光素子と上記搭載部との相対的な位置関係を認識
し、上記光素子の搭載位置を調整することにより、赤外
光の反射光の光量に基づいた画像データを用いて、光素
子の光軸中心および搭載部の軸中心を検出するので、得
られた光素子の光軸中心と搭載部の軸中心との相対的な
位置関係を容易に得られる。また、上記得られた相対関
係に基づいて、光素子の光軸中心と搭載部の軸中心とを
簡易に一致させることができる。また、上記検索領域
は、上記光素子の電極の光軸方向と平行な両端の境界線
にそれぞれ沿った領域および上記搭載部の溝部の軸方向
と平行な両端の境界線にそれぞれ沿った領域とすること
により、上記光素子の光軸中心を求めるための境界線お
よび上記搭載部の軸中心を求めるための境界線を簡易に
求めることができる。特に、上記光素子を半導体レーザ
とすると、本発明に係る光モジュールを光コネクタ等に
用いる場合には、半導体レーザからの出射光を光ファイ
バを正確に入射させることが容易となる。
である。
斜視図である。
ける画像認識処理を行う装置の概略的な構成図である。
ける各検索領域および各中心線を示す図である。
ける画像認識処理の手順のフローチャートである。
ける半導体レーザの電極の幅が搭載部の溝部の幅よりも
広い場合の検索領域を示す図である。
光ファイバとの結合時の概略的な構成図である。
ルと光ファイバとの結合時の概略的な構成図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 電極が形成された光素子を、軸方向と平
行な溝部が軸中心に形成された半円筒形の搭載部の平坦
面の上部に搭載する際に、 上記搭載部に上記光素子を仮置きして上記光素子の上部
から赤外光を照射し、上記光素子および上記搭載部に予
め設けられた複数の検索領域内の上記赤外線の反射光を
検出する工程と、 上記検出された反射光に基づいて画像処理を行い、上記
光素子の光軸中心および上記搭載部の軸中心を検出して
上記光素子と上記搭載部との相対的な位置関係を認識す
る工程と、 上記認識された相対的な位置関係に基づいて、上記光素
子の搭載位置を調整する工程と、 から成る光素子搭載方法であって、上記光素子の搭載部の電極上に形成された軸方向と平行
な溝部における赤外光の反射光量の方が、電極の平坦面
上からの赤外光の反射光量より少なくなる光量差によ
り、前記溝部の境界線を検出し、 前記光素子の電極からの赤外光の反射光量の方が、光素
子の電極が形成されていない部分からの赤外光の反射光
量よりも多くなる光量差により、前記光素子の電極の境
界線を検出するようにしたことを特徴とする、 光素子搭載方法。 - 【請求項2】 上記光素子は半導体レーザであることを
特徴とする請求項1に記載の光素子搭載方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP05074097A JP3443652B2 (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | 光素子搭載方法 |
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Publications (2)
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JPH10247759A JPH10247759A (ja) | 1998-09-14 |
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Family Applications (1)
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JP05074097A Expired - Fee Related JP3443652B2 (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | 光素子搭載方法 |
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1997
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JPH10247759A (ja) | 1998-09-14 |
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