JP3764446B2 - 光伝送モジュールの接続方法および装置、および光導波路におけるコア位置検出方法 - Google Patents
光伝送モジュールの接続方法および装置、および光導波路におけるコア位置検出方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術の分野】
本発明は、光導波路および光ファイバーに関する。より詳細には、光導波路および光ファイバーにおける各々のコアを接続するために各コアの位置を正確に認識する方法、および当該方法によって検出した各々のコアの位置合わせを行い、且つこれらを接続する方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】
【特許文献1】
特開2002−350667号公報
【特許文献2】
特開2003−121686号公報
【特許文献3】
特開2000−187131号公報
【特許文献4】
特許第3112155号公報
【特許文献5】
特開平11−109176号公報
【特許文献6】
特開平5−313075号公報
【0003】
光通信システムの実用化が進められるに伴い、光通信用の光学部品の高性能化が求められると共に、当該システム構築に要するコストの低減も強く求められている。当該システムにおいて用いられる代表的な光学部品として、光導波路(Planar Lightwave Circuit: 以下PLC)チップがある。PLCチップは、基板上に種々の機能を有した光回路を形成することによって得られ、例えば単一の光信号を受けてこれを複数の光信号に分割するスプリッタに用いられている。すなわち、PLCチップは、入力側の光ファイバおよび出力側の光ファイバと接続されることでスプリッタを構成することとなる。
【0004】
このPLCチップと光ファイバとの接続時においては、接続状態に起因する伝達損失を可能な限り低減する必要がある。具体的には、光ファイバにおける光伝達部(以下コア)と、PLCチップにおける光伝達部(以下コア)とにおける各々の光軸を一致させることが必要となる。従来の接続工程においては、PLCチップと入力側の光ファイバとを略接合した状態にて、実際に入力側の光ファイバからPLCチップに対して光信号を入力し、PLCチップから出力される光出力が最大となった状態で入力側の光ファイバとPLCチップとの接続が行われる。この接続工程が終了した後、PLCチップと出力側光ファイバとを略接合し、この状態にて出力側光ファイバにおける出力端から得られる出力光の出力を再度測定し、光出力が最大となった状態でPLCチップと出力側光ファイバとの接続が行われる。
【0005】
しかしながら、光ファイバにおけるコアの径およびPLCチップにおけるコアの径は各々10μm以下であり、上述の方法によってこれらの位置合わせ、接続等を行った場合、その工程を行うために数十秒を超える多大な時間が必要となる。このため、当該工程に費やす時間を短縮するために、【特許文献3】〜【特許文献6】に示されるような種々の構成が開示されている。これら構成においては、例えば、光ファイバおよびPLCチップの外径から概略の位置合わせを行った後に上述の位置合わせを行うことで作業時間の短縮を図る、あるいは光センサの構成を変えて出力光が最大となる位置をより効率的に求めることで作業時間の短縮を図ることとしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術におけるいくつかは、光センサによって行われる位置合わせの効率化を図ることを可能とする。しかし、光センサを用いるために、例えば入力側光ファイバの出力端部とPLCチップの入力端部とが光信号を伝送可能な状態を得るまでに、多大な時間を要することにおいては他の技術と特に異なる点は見られなかった。そのため、これら技術においては、実質的な工程時間を大幅に短縮する効果は得られなかった。そこで、光ファイバあるいはPLCチップにおけるコアの位置を画像によって把握することで上述の伝送可能な状態を得る方法が【特許文献1】あるいは【特許文献2】において提案されている。
【0007】
【特許文献1】においては、入力側光ファイバの出力端部、PLCチップにおける入力端部、PLCチップにおける出力端部および出力側光ファイバにおける入力端部各々に対向する位置にカメラを配置し、これらカメラによって各端部を撮像してこれら端部における各コアの位置を把握することとしている。また、この撮像処理を容易なものとするために、光ファイバにおけるコアを撮像する場合には被撮影端部と異なる端部に光信号を入力すること、およびPLCチップの場合には被撮影端部とは異なる端部から照明光を導入することが開示されている。
【0008】
しかしながら、PLCチップにおけるコアの屈折率は、通常コアとクラッド(オーバクラッドおよびベースクラッドとを含む)が形成される基板との屈折率に対して1%以下の違いしか有していない。すなわち、基板自体も光透過性であり、カメラを用いて単にその端部を撮影しただけでは、コア形状を明瞭に得ることは非常に困難と思われる。また、屈折率の差がほとんどない光透過性の物質に対してカメラと逆方向から単に光を当てたとしても、屈折率の相違する物質の境界を明瞭かし得るとは考えにくい。また、光ファイバの接続端部は、通常はいわゆるクラッド構造等からなる接続端子が配置されている。当該構造は、PLCチップにおける入力側光ファイバの接続部分と略同一となっている場合が多い。この場合、当該端部においても、単純に透過光を導くのみではコア形状を明瞭に得ることは困難と思われる。
【0009】
【特許文献2】においては、単純に光を当ててコア形状を得ることが困難であるという事実を踏まえて、如何にすればこれを得ることができるかを開示している。すなわち、光ファイバの端面等に偏光を当て、この反射光を偏光顕微鏡によって見ることによってコア形状の視認化を可能としている。しかしながら、このような構成においては偏光顕微鏡等が必須の構成となり、PLCチップと光ファイバとの接続を自動的に行う装置を構築した場合に、装置の大型化、高価格化は避けられない。また、当該文献に開示される構成とした場合には、装置における光ファイバの固定ステージ、チップの固定ステージ等に対して各々X、Y、Z、θの駆動を可能とする必要がある。このように駆動部が多く且つ常時これら駆動を行う必要がある構成の場合、駆動部の停止誤差に起因して光ファイバとPLCチップを実際に接続する工程において位置ずれが生じる恐れもある。
【0010】
本発明は、上記従来技術における諸要請に鑑みて為されたものであり、PLCチップ等のコアの形状あるいはその配置等を容易に確認する方法を提供し、当該方法を用いることによって、容易、確実且つ迅速に光ファイバとPLCチップとの接続を行う方法および装置を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る光伝送モジュールの接続方法は、入力側光ファイバアレイ、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板のうち何れかを含む光伝送素子、および出力側光ファイバアレイ各々のコアの調芯操作を行い且つ各々のコアを接続する光伝送モジュールの接続方法であって、光伝送素子の出力側端面に対して略平行光を入射させ、入力側端面を撮像して入力側端面におけるコアの位置を認識する工程と、光伝送素子の入力側端面に対して略平行光を入射させ、出力側端面を撮像して出力側端面におけるコアの位置を認識する工程と、入力側ファイバアレイおよび出力側ファイバアレイにおける各々の接続部でのコアの位置を認識する工程と、入力側ファイバアレイの接続部におけるコアと光伝送素子の入力側端面におけるコアと、および光伝送素子の出力側端面におけるコアと出力側ファイバアレイの接続部におけるコアとを各々位置決めする工程とを含むことを特徴としている。
【0012】
なお、上述の方法においては、略平行光を光伝送素子の入力側端面および出力側端面入射させる際の入射角度は、光伝送素子内部に導かれた略平行光が、コアおよびクラッド各々の間の界面において全反射する角度であることが好ましい。また、上述の方法においては、光伝送素子における入力側端面および出力側端面を撮像する際において、当該撮像に用いられるカメラは、入力側端面および出力側端面に対して所定角度傾いてこれら端面を撮像することが好ましい。更に、上述の方法においては、入力側ファイバアレイおよび出力側ファイバアレイにおける各々の接続部でのコアの位置を認識する工程において、接続部とは異なる端部より光りを導入し、接続部において観察される光象において最も明るい部分を前記コアの中心として認識する操作がなされることが好ましい。
【0013】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る光伝送モジュールの接続装置は、入力側光ファイバアレイ、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光伝送素子、および出力側光ファイバアレイ各々のコアの調芯操作を行い且つ各々のコアを接続する光伝送モジュールの接続装置であって、光伝送素子を支持するチップ支持テーブルと、入力側ファイバアレイを支持する入力側アレイ支持テーブルと、出力側ファイバアレイを支持する出力側アレイ支持テーブルと、光伝送素子における出力側端面から光伝送素子内部に略平行光を入射させる第一の光源と、第一の光源から発せられた略平行光によって示された光伝送素子における入力側端面を撮影する第一のカメラと、光伝送素子における入力側端面から光伝送素子内部に略平行光を入射させる第二の光源と、第二の光源から発せられた略平行光によって示された光伝送素子における出力側端面を撮影する第二のカメラと、入力側ファイバアレイの端面を撮影する第三のカメラと、出力側ファイバアレイの端面を撮影する第四のカメラと、第一乃至第四のカメラの撮影結果に基づいて入力側アレイ支持テーブル、チップ支持テーブルおよび前記出力側アレイ支持テーブル各々を駆動する駆動手段と、を有することを特徴としている。
【0014】
なお、上述の装置においては、第一の光源は、光伝送素子の内部において、コアおよびクラッド各々の界面において略平行光が全反射する角度で、出力側端面から光伝送素子内部に略平行光を入射させ、第二の光源は、光伝送素子の内部において、コアおよびクラッド各々の間の界面において略平行光が全反射する角度で、入力側端面から光伝送素子内部に略平行光を入射させることが好ましい。また、上述の装置においては、第一のカメラは光伝送素子における入力側端面に対し所定角度傾けて配置されており、第二のカメラは光伝送素子における出力側端面に対し所定角度傾けて配置されていることが好ましい。更に、上述の装置においては、第三のカメラは、入力側ファイバアレイにおける接続部でのコアの位置を認識する工程において、接続部とは異なる端部より光りを導入し、接続部において観察される光象において最も明るい部分をコアの中心として認識し、第四のカメラは、出力側ファイバアレイにおける接続部でのコアの位置を認識する工程において、接続部とは異なる端部より光りを導入し、接続部において観察される光象において最も明るい部分をコアの中心として認識することが好ましい。
【0015】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る光導波路におけるコア位置検出方法は、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光導波路においてコアの位置を認識する方法であって、光導波路内部において、コアおよびクラッド各々の間の界面において全反射をする条件にて、略平行光を光導波路の出力側端部より入射させる工程と、略平行光によって示される光導波路の入力側端部におけるコアを第一のカメラにて撮影してその位置を認識する工程と、光導波路内部において、コアおよびクラッド各々の間の界面において全反射をする条件にて、略平行光を光導波路の入力側端部より入射させる工程と、略平行光によって示される光導波路の出力側端部におけるコアを第二のカメラにて撮影してその位置を認識する工程とを含むことを特徴としている。
【0016】
なお、上述の方法においては、全反射をする条件は、コアおよびクラッド各々の間の界面に対して、±5°の範囲で略平行光が入射する角度であることが好ましい。また、上述の方法においては、第一および第二のカメラは、光導波路内部に入射された略平行光がコアおよびクラッド各々の間の界面に対して平行に進むような略平行光の入射角度に対して±10°の範囲で傾けて配置されることが好ましい。
【0017】
【実施の形態】
本発明において、そのコア形状を撮影しようとするPLCチップについて、入出力用の光ファイバが接続される端面における概略構成を図1Aに、当該チップをその長さ方向に切断した断面における概略構成を図1Bにそれぞれ示す。また、入出力用の光ファイバについて、PLCチップと接続される端部を正面から見た状態の概略構成を図2Aに、当該接続端部を長さ方向に切断した断面における概略構成を図2Bにそれぞれ示す。本実施の形態において用いたPLCチップ1は、下部基板2と、下部基板2の上に位置するベースクラッド4bと、ベースクラッド4b上に形成された光導波路として作用するPLCコア3と、光導波路3を覆うように成形されたオーバークラッド4aと、最上層に配置される上部基板5と、オーバークラッド4aと上部基板5とを接合する接着剤層4cとから構成される。また、PLCチップ1の端面1aは、コア3の形成平面3aと垂直な平面に対して、角度θを有するように傾斜して設けられている。
【0018】
光ファイバ6は、光導波路であるファイバコア7と、その周囲に配置されるクラッド材8と被覆10とにより構成されている。しかしながら、当該形状のままの端面ではPLCチップ等との接続が困難であることから、通常はその端部に接続部材9が取り付けられている。接続部材9は、PLCチップ1と略同様の構成である下部基板11、ファイバコア7、接着剤層13および上部基板14とから構成されている。下部基板11には光導波路の経路に応じた溝11aが形成されており、当該溝11aに対して被覆10が除去されたファイバコア7およびクラッド材8が収容される。この状態のファイバコア7等を下部基板11と上部基板14とで挟み込み、更にこれら基板間に形成される空間が接着剤層13によって満たされている。
【0019】
前述したように下部基板2、コア3、オーバークラッド4a、ベースクラッド4bおよび上部基板5各々は、非常に近い値の屈折率を有している。このため、先にも述べたように、単に端面を撮像することでは、PLCチップ1の端面1aを観察してコア3の形状あるいはその配置を見出すことは困難である。また、【特許文献1】に示されたように、PLCチップ1における当該端面とは逆の端面1bから光りを導入すること行ったとしても、コア3と他の部分とのコントラストを明瞭化することは困難と思われる。これは、各々の屈折率が略等しく、ほぼ等しい光透過性を有することから、透過光がかえって個々の構成の境界をぼかしてしまうことによると思われる。
【0020】
本実施例においては、当該状況の発生を防止すべく、PLCチップ1における端面1bに入射する光りを全て略平行光(望ましくは完全な平行光)とすることとしている。平行光を入射させることによって、個々の構成間に於いても透過光は常に特定の角度を保って屈折あるいは反射することとなる。従って、個々の構成における屈折率の相違に応じて得られる透過光の状態が個々に異なることとなり、この相違を適当な手段によって撮像等して認識することによって各構成の配置を位置的に把握することが可能となる。
【0021】
本実施の形態においては、例えばオーバークラッド4aと接着剤層4cとの界面、およびコア3とベースクラッド4bとオーバークラッド4a(総称してクラッドと呼ぶ。)との界面と、接着剤層4cと上部基板5との界面とにおいて平行光が全反射する条件にて、PLCチップ1の端面1bより平行光を入射することとしている。当該条件を満たしてPLCチップ1に平行光を導くことによって、端面1aにおいてベースクラッド4bとオーバークラッド4aおよびコア3の近傍から射出される平行光は無くなる。その結果、当該界面は明暗によって容易に撮像可能となり、通常の2値化処理によって、コア3の配置等を容易に把握することが可能となる。なお、当然のことながら、この全反射が得られる角度等の諸条件は、平行光の波長、各構成の屈折率等に依存している。なお、ここで言う平行光とは、完全な平行な光ではなく、光源とレンズで容易に構成出来る平行に近い光である(完全な平行光ではない。)が、より明瞭は明暗象を得るためには完全な平行光に近づけることが好ましい。
【0022】
次に、コア象を得るために本発明者が行った検討結果について簡単に述べる。図3は、検討時の各パラメータを図示したものである。PLCチップ1において光信号が入射される側の端面1aと、PLCチップ1における導波路と平行な面とのなす角を端面角度αとし、端面1aの垂線と端面1aに対して入射される平行光の向きとのなす角を入射角θ1としている。また、PLCチップ1における光の射出側端面1bの垂線と、端面1bから射出される光りを撮影するカメラの向きとのなす角をθ2としている。なお、ここで述べる端面角度αは、前述した角度θに等しい。
【0023】
前述の如く入射した平行光の全反射条件を得る上で、まずPLCチップ1内部に入射した平行光が接着剤層に対して略平行に透過する条件を見つける必要がある。図4は、PLCチップ1における端面角度αに依存する、当該条件を満たす平行光の入射角度を示している。この入射角度は、光を透過させる部分の屈折率と端面角度に依存して一義的に求められることがわかる。
【0024】
図5は、図4より求められた入射角度11.64°を中心としてその角度を変化させ、射出側端面1bから射出された光りを分析し、コアあるいはその近傍に関する画像の明暗のコントラストを調べた結果である。図5に示すように、入射角度11.64°を中心として、その±5°の範囲において多値化処理等、条件によっては通常の2値化処理によって、コア形状を得ることが可能である。また、入射角度11.64°を中心として、その±2°の範囲において通常の2値化処理によってコア形状を得ることが可能である。
【0025】
なお、コア近傍において明暗のコントラストを得ようとする場合、暗部はその領域から発せられる光がカメラに到達しないことによって生ずる。しかし、PLCチップ1内部の異なる材質の部分をそのまま通過した光等により、カメラの配置によっては、この暗部を検出し得ない場合も考えられる。そこで、PLCチップ1における導波路形成面と平行な平行光が端面1bより射出された場合に、当該平行光より明暗像が得られる条件を求めることとした。その結果を図6に示す。この結果によれば、平行光の入射角度に対しておよそ6.7°のオフセットを行うことによって、コア近傍における明暗象が得られることがわかる。
【0026】
図7は、平行光の入射角度11.64°が中心になると仮定して、カメラの配置角度をこの角度を中心として変化させて、射出側端面1bから射出された光りを分析し、コアあるいはその近傍に関する画像の明暗のコントラストを調べた結果である。図7に示すように、カメラの配置角度11.64°を中心として、その±10°の範囲において多値化処理等、条件によっては通常の2値化処理によって、コア形状を得ることが可能である。また、カメラの配置角度4.94°を中心として、その±3°の範囲において通常の2値化処理によってコア形状を得ることが可能である。
【0027】
なお、図中においてより好ましい角度範囲の中心は4.94°であり、図6において述べたオフセット角度分だけ、中心となる角度11.64°にシフトしていることを示している。また、ピーク値が中心となる角度の片側だけに生じたことは、良好な条件で光を入射させた場合、接着剤層とオーバークラッド間で全反射条件となるため、上部基板側には光がほとんど到達しないことに起因していると思われる。また図中極小点が生じた原因は、コア以外に入射した光が多く出射することに起因すると思われる。従って、完全な平行光を用いることにより、カメラの配置の自由度はより大きくなると考えられる。
【0028】
以上の検討結果から、コア画像を得るためには、端面通過後の平行光がPLCチップにおける導波路形成面に対して平行光となる入射角度に対して±5°、より好ましくは±2°の範囲で端面1aに平行光を入射すれば良いことが確認された。また、端面1bから射出された光によりコア像を求める上で、端面通過後の平行光がPLCチップにおける導波路形成面に対して平行となる入射角度に対して±10°、より好ましくは当該入射角度よりおよそ6.7°オフセットさせた4.94°を中心としてその±3°の範囲でカメラを傾けて設置すれば良いことが確認された。
【0029】
なお、ここで述べた全反射条件は、下部基板、コア、ベースクラッドとオーバークラッド、接着剤層および上部基板におけるいずれかの間の界面において成立すればよいと考えられる。なお、本発明を実施する対象としてこれら構成を有するPLCチップを例示しているが、本発明はこれら構成の何れかからなるチップに対しても適用可能であり、これら何れかの界面において上述の条件が成立すれば本発明の効果は得られると考えられる。また、以上の条件のうちカメラに関する内容は、PLCチップの端面に対してカメラを所定角度傾ければよいと解される。
【0030】
また以上の検討結果は、基板として石英をベースとする材料からなるものを用いて形成されたPLCチップに関してなされたものである。図4から明らかなように、これら検討結果の屈折率依存性はそれほど大きくないと考えられるが、上述の範囲は材料に応じて適宜変更されることが好ましい。また、個々で述べた平行光は、その波長として500〜700nmのものを用いている。屈折角等は、周知のように波長にも依存している。従って、用いる光の波長に応じても、上述の範囲は適宜変更されることが望ましい。
【0031】
なお、【特許文献1】には、接続端面9aを単純に撮像することによりコア12の位置が認識可能であるかの如く述べられている。しかしながら、実際に光ファイバに対して光を導くのみでは、上述の如くコア12の形状を明瞭化することは困難である。従って、上述のPLCチップ1におけるコア3の形成位置の認識方法は、光ファイバにおける接続端材9に対しても適応可能であり、有効と考えられる。しかしながら、光ファイバを通過した光りを平行光に保持することは事実上困難と考えられる。このため、実際上は、接続端面9aから射出される光の強度分布によって接続部載9におけるコア位置を得る方法がもっとも有効と考えられる。
【0032】
【実施例】
上述のPLCチップにおけるコア位置認識方法を用いた、本発明の実施例であるPLCチップと光ファイバとの調芯を行い、これらを接続する接続装置について以下に述べる。図8は、本発明に係る接続装置、すなわち光伝送モジュールの接続装置の主要構成に関し、これらを上方より見た状態を示している。図中、接続装置20は、入力側ファイバアレイ21を支持する入力側アレイ支持テーブル23、PLCチップ25を支持するチップ支持テーブル27、出力側ファイバアレイ29を支持する出力側アレイ支持テーブル31、第一の二視野カメラ41、および第二の二視野カメラ51を主たる構成要素として有している。
【0033】
入力側アレイ支持テーブル23および出力側アレイ支持テーブル31は、チップ支持テーブル27を中心として、図中X軸方向に移動して各々接近、離間の動作を行うことが可能である。また、各テーブル、カメラ等は、必要に応じて、図中XYで示す軸方向、およびこれらと垂直なZ軸方向における位置調節、および各軸における角度調節が可能となっている。なお、これら調節機構等は基本的に公知である種々の構成を用いることが可能あることから、本明細書における説明は省略することとする。また、以下で述べる構成、操作において、光源からの光の照射およびカメラによる各端面の撮影は、前述の諸条件に従って行われるが、説明の煩雑さを避けるため以下での説明は省略する。
【0034】
第一の二視野カメラ41は、2個のカメラ42、44を有し、これらカメラはその向きがX軸上で逆方向(二視野カメラ41本体に対して外方)に向かい、且つその視野中心が同一軸上となるように配置されている。第一の二視野カメラ41は、チップ支持テーブル27と出力側アレイ支持テーブル31とがX軸方向に隔置された状態で、Y軸方向に移動してその間に位置することが可能となっている。前述のカメラ42、44は、二視野カメラ41がテーブル27、31間に位置した際に、各テーブルに支持されるPLCチップ25の出力側端面25aおよび出力側ファイバアレイ29の入力側端面29aをそれぞれ撮影可能となる位置に配置されている。また、第一の二視野カメラ41は、Y軸方向に所定量移動した状態にてPLCチップ25の出力側端面25aに対して平行光を照射可能な光源46も有している。光源46は、カメラ42とX方向においては同一方向を向くと共に、Z軸方向において同一レベルとなるように配置されており、平行光の射出方向が変更可能となるように固定、保持されている。
【0035】
第二の二視野カメラ51は、2個のカメラ52、54を有し、これらカメラはその向きがX軸上で逆方向(二視野カメラ51本体に対して外方)に向かい、且つその視野中心が同一軸上となるように配置されている。第一の二視野カメラ51は、入力側アレイ支持テーブル23とチップ支持テーブル27とがX軸方向に隔置された状態で、Y軸方向に移動してその間に位置することが可能となっている。前述のカメラ52、54は、二視野カメラ51がテーブル23、27間に位置した際に、各テーブルに支持される入力側ファイバアレイ21の出力側端面21aおよびPLCチップ25の入力側端面25bをそれぞれ撮影可能となる位置に配置されている。また、第一の二視野カメラ51は、Y軸方向に所定量移動した状態にてPLCチップ25の入力側端面25bに対して平行光を照射可能な光源56も有している。光源56は、とカメラ54とX方向においては同一方向を向くと共に、Z軸方向において同一レベルとなるように配置されており、平行光の射出方向が変更可能となるように固定、保持されている。
【0036】
なお、カメラ42、44、52、54は、それぞれ特許請求の範囲における第二のカメラ、第四のカメラ、第一のカメラ、および第三のカメラにそれぞれ対応し、光源46、56は、それぞれ第一の光源および第二の光源に対応している。また、各テーブルの駆動装置に関しては、これらを総称して駆動手段と定義している。
【0037】
次に、当該接続装置20を用いて実際にPLCチップ25および光ファイバアレイ21、29の調芯を行い、且つこれらを接続する操作について、図2〜4を用いて説明する。なお、図9〜11は、図8と同様の様式にて本装置20を示した図であり、各々調芯および接続の各工程における装置の状態を示している。まず、PLCチップ25、入力側ファイバアレイ21および出力側ファイバアレイ29を、各テーブルがそれぞれ支持する。当該状態で、チップ支持テーブル27を中心として、入力側アレイ支持テーブル23および出力側支持テーブル31が各々所定間隔空けた状態にて配置される。
【0038】
続いて、図9に示すように、各テーブル23、27、31各々の間に第一の二視野カメラ41および第二の二視野カメラ51が進入し、第一の位置にて停止する。当該状態において第二の二視野カメラ51におけるカメラ52は、入力側ファイバアレイ21の出力側端面21aに対向し、カメラ54はPLCチップ25における入力側端面25bに対向している。また、第一の二視野カメラ41における光源46はPLCチップ25における出力側端面25aと対抗し、PLCチップ25内部に所定の条件にて平行光を照射可能な状態となっている。
【0039】
当該状態において、入力側ファイバアレイ21に信号光等の光を導入し、カメラ52によってその出力側端面21aを撮影する。実際には、上述したように、これら信号光等によって、ファイバアレイ21端部に固定された接続部材(不図示)のコアを撮影、認識することは困難と思われる。本実施例においては、出力側端面21aから射出されるいわゆる光源像を撮像し、この画像における輝度中心を求め、当該輝度中心をコアの中心部として認識することとしている。当該方法によれば、コア形状からその中心を求めなくとも、出力側端面21aにおいて実質的に最も光伝送効率が高くなる位置を求めることとなり、事実上のコア中心を求めることが可能となる。当該位置をPLCチップ25におけるコアを当該位置と接続することで、良好な接続状態が得られる
【0040】
同時に、前述した全反射条件と合致する状態にて、第一の二視野カメラ41における光源46からPLCチップ25の出力側端面25aに対して平行光を照射する。平行光の照射によって入力側端面25bには、コア等の形状、配置が明暗像によって示され、当該明暗像をカメラ54によって撮影する。被撮影画像は、不図示の画像処理回路等によって2値化等の処理が施され、コア等の形状、配置が認識される。前述したように、カメラ52、54は同一の軸を中心とした画像を撮影している。従って、個々のカメラによって得られた影像に基づいて異なる視野に配置された各部材の位置関係を一義的に決定することが可能である。従って、カメラ52によって認識された入力側ファイバアレイ21の出力側端部21aの信号中心と、PLCチップ25の入力側端面に形成されたコア中心との調芯操作を容易且つ確実に行うことが可能となる。
【0041】
以上の調芯操作終了後、第一および第二の二視野カメラ41、51は、図9に示した第一の位置から後退し、第二の位置(前述した所定位置)にて停止する。図10に示す当該状態において、第一の二視野カメラ41におけるカメラ44は、出力側ファイバアレイ29の入力側端面29aに対向し、カメラ42はPLCチップ25における出力側端面25aに対向している。また、第二の二視野カメラ51における光源56はPLCチップ25における入力側端面25bと対抗し、PLCチップ25内部に所定の条件にて平行光を照射可能な状態となっている。
【0042】
当該状態において、出力側ファイバアレイ29に対して、接続部とは他の端部から信号光等の光を導入し、カメラ44によってその入力側端面29aを撮影する。この撮影操作に関しては、前述した入力側ファイバアレイ21の出力側端面21aの撮影操作と同様であるため、ここでの説明は省略する。同時に、前述した全反射条件と合致する状態にて、第二の二視野カメラ51における光源56からPLCチップ25の入力側端面25bに対して平行光を照射する。平行光の照射によって出力側端面25aには、コア等の形状、配置が明暗像によって示され、当該明暗像をカメラ42によって撮影する。被撮影画像は、不図示の画像処理回路等によって2値化等の処理が施され、コア等の形状、配置が認識される。以上の操作によって、出力側ファイバアレイ29の入力側端部29aの信号中心と、PLCチップ25の出力側端面に形成されたコア中心との調芯操作が終了する。以上に述べたように、本発明を実施することにより、いわゆる粗調芯及び中調芯と呼ばれる調芯操作を一度に行うことが可能となり、個々の部材におけるコア部の配置について、各々の位置ずれを数ミクロンオーダーまで低減することが可能となる。
【0043】
以上の操作終了後、第一および第二の二視野カメラ41、51は、図8に示した元の位置に後退する。その後、入力側アレイ支持テーブル23と出力側アレイ支持テーブル31とが、各々チップ支持テーブル27に接近する。図11に示した配置において、入力側ファイバアレイ21、PLCチップ25および出力側ファイバアレイ29とは略接続された状態となる。この状態で、入力側ファイバアレイ21より信号光を導入し、出力側ファイバアレイ29より得られる光信号の強度に基づいて、まず入力側ファイバアレイ21とPLCチップ25との接合位置の微調整が行われる。当該微調整終了後、同様の状態にて光信号の強度に基づいた、PLCチップ25と出力側ファイバアレイ29との接合位置の微調整がおこなわれる。これら微調整の終了後に、個々の部材の間に接着剤等を流し込んでこれら部材を固定し、接続する操作が行われる。
【0044】
以上に述べたような微調芯操作を実施することにより、個々の部材におけるコア部の配置について、各々の位置ずれを0.数ミクロンオーダーまで低減することが可能となる。また、これらのコア部の位置認識は、カメラによって得られた画像を解析して得ており、この解析に要する時間は実際の調芯操作を含めても数秒に満たない。従って、本発明の実施によって、従来よりも短時間で、且つ非上位に高い精度で光伝送モジュールの製造を行うことが可能となる。
【0045】
なお、本実施例においては、カメラとして一対の二視野カメラを用いることとし、これらを用いて入力側ファイバアレイのコアとPLCチップの入力側コア、およびPLCチップの出力側コアと出力側のファイバアレイのコアとを、同時に撮像することとしている。しかしながら、本実施例は、例えば図12に示すように変形することも可能である。以下、光伝送モジュールの接続装置の主要構成に関し、これらを上方より見たい状態を示す図5を参照して変形例について述べる。なお、図中図8に示した実施例における構成と同様の構成については、同一の参照符号を用いて説明を行うこととする。
【0046】
図中の接続装置120は、入力側ファイバアレイ21を支持する入力側アレイ支持テーブル123、PLCチップ25を支持するチップ支持テーブル127、出力側ファイバアレイ29を支持する出力側アレイ支持テーブル131、および二視野カメラ141を主たる構成要素として有している。入力側アレイ支持テーブル123と出力側アレイ支持テーブル131とは、互いにX方向に移動可能であると共に、X方向において所定の間隔を空けて向かい合って配置されている。チップ支持テーブル127と二視野カメラ141とはY軸上において向かい合って配置されている。また、これら構成は、入力側アレイ支持テーブル123と出力側アレイ支持テーブル131との間に対して、交互に侵入、後退することが可能となっている。
【0047】
チップ支持テーブル127は、前述の支持テーブル123、131の間から退避した第一の位置および第二の位置(点線にて示す)において停止する。各々の位置においては、X方向においてチップ支持テーブル127を挟んで対抗する、二対の第一のカメラ152と第一の光源156、および第二のカメラ154と第二の光源158が配置されている。各テーブル、カメラ等は、必要に応じて、図中XYで示す軸方向、およびこれらと垂直なZ軸方向における位置調節、および各軸における角度調節が可能となっている。なお、これら調節機構等は基本的に公知である種々の構成を用いることが可能あることから、本明細書における説明は省略することとする。
【0048】
二視野カメラ141は、入力側ファイバアレイ21の出力側端面21aを撮影するためのカメラ42と、出力側ファイバアレイ29の入力側端面29aを撮影するためのカメラ44とを有している。二視野カメラ141は、支持テーブル123、131の間に位置する際に、これら端面の画像を撮影し、そのコア中心の認識操作を行う。なお、具体的な操作方法に関しては、前述の実施例と同様のためここでの説明は省略する。第一の位置において、第一の光源156は、PLCチップ25の出力側端面25aに対して前述の条件に従って光を照射し、第一のカメラ152は前述の条件に従ってその入力側端面25bの画像を撮影する。第二の位置においては、第二の光源158は、PLCチップ25の入力側端面25bに対して前述の条件に従って光を照射し、第二のカメラ154は前述の条件に従ってその出力側端面25aの画像を撮影する。すなわち、PLCチップ25は、第一の位置において、入力側端面25bにおけるコア位置の認識が為され、第二の位置において、出力側端面25aにおけるコア位置の認識が為される。
【0049】
続いて、当該接続装置120を用いて実際にPLCチップ25および光ファイバアレイ21、29の調芯を行い、且つこれらを接続する操作について説明する。まず、PLCチップ25を支持したチップ支持テーブル127が第一の位置にて停止する。当該位置において、第一の光源156からの平行光の照射と第一のカメラ152による入力側端面25bの撮影が行われ、入力側のコア位置の認識操作が行われる。その後、チップ支持テーブル127は第二の位置に移動し、当該位置において、第二の光源158からの平行光の照射、第二のカメラ154による出力側端面25aの撮影、および出力側のコア位置の認識操作が行われる。
【0050】
同時に、入力側ファイバアレイ21、出力側ファイバアレイ29に対し、それぞれに信号光等の導入が為され、その状態において二視野カメラ141による出力側端面21aおよび入力側端面29aの撮影が行われる。当該撮影結果に基づいて、各々のコア中心の認識操作が行われる。各コア位置の認識操作が終了した後、二視野カメラ141が入力側アレイ支持テーブル123と出力側アレイ支持テーブル131との間から退避し、当該位置へのチップ支持テーブル127の移動が行われる。各指示テーブルは、認識操作によって確定された各々のコア中心を一致させるように各々の位置を微調整する。調整終了後、チップ支持テーブル127を中心として、入力側アレイ支持テーブル123と出力側アレイ支持テーブル131とが互いに接近する。以上に述べたように、本発明を実施することによって、いわゆる粗調芯及び中調芯と呼ばれる調芯操作を一度に行うことが可能となり、個々の部材におけるコア部の配置について、各々の位置ずれを数ミクロンオーダーまで低減することが可能となる。
【0051】
入力側ファイバアレイ21、PLCチップ25、および出力側ファイバアレイ29が略接続された状態にてこの接近操作が停止される。この状態で、入力側ファイバアレイ21より信号光を導入し、出力側ファイバアレイ29より得られる光信号の強度に基づいて、まず入力側ファイバアレイ21とPLCチップ25との接合位置の微調整が行われる。当該微調整終了後、同様の状態にて光信号の強度に基づいた、PLCチップ25と出力側ファイバアレイ29との接合位置の微調整がおこなわれる。これら微調整の終了後に、個々の部材の間に接着剤等を流し込んでこれら部材を固定し、接続する操作が行われる。
【0052】
本実施の形態によれば、前述した実施例と比較して、駆動部分が増加すること、および位置確認を行う場所が増加することによって、調芯精度を維持する上ではやや不利になると思われる。しかしながら、光源およびカメラの配置あるいはコアに向けた角度等を変更する構成の構築が容易であり、汎用性の点ですぐれると考えられる。なお、本実施例においては、入出力用のファイバアレイ端面の画像撮影に二視野カメラを用いることとしているが、これらを個別のカメラとしても良い。
【0053】
以上に述べたような調芯操作を実施することにより、個々の部材におけるコア部の配置について、一度の調芯操作によって各々の位置ずれを数ミクロンオーダーまで低減することが可能となり、直ちにいわゆる微調芯の操作を実施することが可能となる。また、これらのコア部の位置認識は、カメラによって得られた画像を解析して得ており、この解析に要する時間は実際の調芯操作を含めても数秒に満たない。従って、本発明の実施によって、従来よりも短時間で、且つ非上位に高い精度で光伝送モジュールの製造を行うことが可能となる。
【0054】
【発明の効果】
本発明の実施によれば、従来は困難であったPLCチップ等の各種光導波路におけるコア位置の直接検出を、カメラ等による撮影および撮影結果の2値化処理等によって行うことが可能となる。従って、当該コア位置を、従来と比較して正確且つより短時間で認識することが可能となるとなる。
【0055】
また、通常のカメラ等、画像撮影装置を用いて端面影像を得ることでコア認識が可能であり、【特許文献2】と異なり、偏光顕微鏡等、高価且つ大型な光学機器を用いることなく装置を構築することが可能となる。また、本発明によれば、PLCチップあるいは入出力ファイバ等を支持する各テーブルの移動を最小にして、各素子の調芯、接続の操作を行うことが可能であることから、従来技術と比較して高い位置精度を容易に得ることができ、且つその保持も容易になると思われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)光伝送方向とは垂直な方向においてPLCチップを切断した状態における断面形状の概略を示す図である。
(B)光伝送方向と平行な方向においてPLCチップを切断した状態における断面形状の概略を示す図である。
【図2】(A)光伝送方向とは垂直な方向においてファイバアレイの端部を切断した状態における断面形状の概略を示す図である。
(B)光伝送方向とは平行な方向においてファイバアレイの端部を切断した状態における断面形状の概略を示す図である。
【図3】PLCチップに対する平行光の入射角度等の説明するための図である。
【図4】PLCチップの端面角度と平行光の入射角度の関係を示す図である。
【図5】平行光の入射角度と得られる画像の明暗比の関係を示す図である。
【図6】PLCチップの端面角度とカメラの傾け角度の関係を示す図である。
【図7】カメラの傾け角度と得られる画像の明暗比の関係を示す図である。
【図8】本発明における一実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【図9】本発明における一実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【図10】本発明における一実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【図11】本発明における一実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【図12】本発明における他の実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1、25:PLCチップ
2、11:石英基板
3:コア
4a:オーバークラッド
4b:ベースクラッド
4c、13:接着剤層
5、14:上部基板
6:光ファイバアレイ
7:ファイバコア
8:クラッド部材
9:接続部材
10:被覆
20、120:接続装置
21:入力側ファイバアレイ
23、123、入力側アレイ支持テーブル
27、127:PLCチップ支持テーブル
29:出力側ファイバアレイ
31、131:出力側アレイ支持テーブル
41:第一の二視野カメラ
44、46、52、54:カメラ
46、56:光源
52:第二の二視野カメラ
152:第一のカメラ
154:第二のカメラ
156:第一の光源
158:第二の光源
Claims (7)
- 入力側光ファイバアレイ、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光伝送素子、および出力側光ファイバアレイ各々のコアの調芯操作を行い且つ各々のコアを接続する光伝送モジュールの接続方法であって、
前記光伝送素子の出力側端面に対して略平行光を入射させ、入力側端面を撮像して前記入力側端面におけるコアの位置を認識する工程と、
前記光伝送素子の前記入力側端面に対して略平行光を入射させ、前記出力側端面を撮像して前記出力側端面におけるコアの位置を認識する工程と、
前記入力側ファイバアレイおよび出力側ファイバアレイにおける各々の接続部でのコアの位置を認識する工程と、
前記入力側ファイバアレイの接続部におけるコアと前記光伝送素子の入力側端面におけるコアと、および光伝送素子の出力側端面におけるコアと前記出力側ファイバアレイの接続部におけるコアとを各々位置決めする工程とを含むみ、
前記略平行光を前記光伝送素子の前記入力側端面および前記出力側端面入射させる際の入射角度は、前記光伝送素子内部に導かれた前記略平行光が、前記コアおよびクラッド各々の間の界面において全反射する角度であることを特徴とする光伝送モジュールの接続方法。 - 前記光伝送素子における前記入力側端面および前記出力側端面を撮像する際において、当該撮像に用いられるカメラは、前記入力側端面および前記出力側端面に対して所定角度傾いてこれら端面を撮像することを特徴とする請求項1記載の光伝送モジュールの接続方法。
- 前記入力側ファイバアレイおよび出力側ファイバアレイにおける各々の接続部でのコアの位置を認識する工程において、前記接続部とは異なる端部より光りを導入し、前記接続部において観察される光象において最も明るい部分を前記コアの中心として認識する操作がなされることを特徴とする請求項1記載の光伝送モジュールの接続方法。
- 入力側光ファイバアレイ、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光伝送素子、および出力側光ファイバアレイ各々のコアの調芯操作を行い且つ各々のコアを接続する光伝送モジュールの接続装置であって、
前記光伝送素子を支持するチップ支持テーブルと、
前記入力側ファイバアレイを支持する入力側アレイ支持テーブルと、
前記出力側ファイバアレイを支持する出力側アレイ支持テーブルと、
前記光伝送素子における出力側端面から前記光伝送素子内部に略平行光を入射させる第一の光源と、
前記第一の光源から発せられた前記略平行光によって示された前記光伝送素子における入力側端面を撮影する第一のカメラと、
前記光伝送素子における前記入力側端面から前記光伝送素子内部に略平行光を入射させる第二の光源と、
前記第二の光源から発せられた前記略平行光によって示された前記光伝送素子における前記出力側端面を撮影する第二のカメラと、
前記入力側ファイバアレイの端面を撮影する第三のカメラと、
前記出力側ファイバアレイの端面を撮影する第四のカメラと、
前記第一乃至第四のカメラの撮影結果に基づいて前記入力側アレイ支持テーブル、前記チップ支持テーブルおよび前記出力側アレイ支持テーブル各々を駆動する駆動手段と、を有し、
前記第一の光源は、前記光伝送素子の内部において、前記下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において前記略平行光が全反射する角度で、前記出力側端面から前記光伝送素子内部に略平行光を入射させ、
前記第二の光源は、前記光伝送素子の内部において、前記コアおよびクラッド各々の間の界面において前記略平行光が全反射する角度で、前記入力側端面から前記光伝送素子内 部に略平行光を入射させることを特徴とする光伝送モジュールの接続装置。 - 前記第一のカメラは前記光伝送素子における前記入力側端面に対し所定角度傾けて配置されており、前記第二のカメラは前記光伝送素子における前記出力側端面に対し所定角度傾けて配置されていることを特徴とする請求項4記載の光伝送モジュールの接続装置。
- 前記第三のカメラは、前記入力側ファイバアレイにおける接続部でのコアの位置を認識する工程において、前記接続部とは異なる端部より光りを導入し、前記接続部において観察される光象において最も明るい部分を前記コアの中心として認識し、
前記第四のカメラは、前記出力側ファイバアレイにおける接続部でのコアの位置を認識する工程において、前記接続部とは異なる端部より光りを導入し、前記接続部において観察される光象において最も明るい部分を前記コアの中心として認識することを特徴とする請求項4記載の光伝送モジュールの接続装置。 - 内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光導波路において前記コアの位置を認識する方法であって、
前記光導波路内部において、前記コアおよびクラッド各々の間の界面において全反射をする条件にて、略平行光を前記光導波路の出力側端部より入射させる工程と、
前記略平行光によって示される前記光導波路の入力側端部におけるコアを第一のカメラにて撮影してその位置を認識する工程と、
前記光導波路内部において、前記コアおよびクラッド各々の間の界面において全反射をする条件にて、略平行光を前記光導波路の前記入力側端部より入射させる工程と、
前記略平行光によって示される前記光導波路の前記出力側端部におけるコアを第二のカメラにて撮影してその位置を認識する工程とを含むことを特徴とする光導波路のコア位置認識方法。
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