JP3815273B2 - 光モジュールの製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールを製造するに際して、光素子パッケージとフェルール結合用スリーブとの溶接結合のための光軸位置合わせを正確かつ迅速に行なうことが可能な光モジュールの製造方法および製造装置に関する。
光モジュール組み立ての一例として、レーザダイオードモジュール（ＬＤモジュールと略称）の構造と組み立て方法について説明すると、従来、ＬＤモジュールはＬＤ組み立て体（パッケージ）と光ファイバとを一体としたピッグテール型が主流であったが、光装置の小型化によって光モジュールの実装スペースが狭くなり、ピッグテールとしての光ファイバ余長処理のスペース確保が困難となってきていることから、対応策として図１８に示されるように、光部品に対して光ファイバを着脱可能とした光コネクタ型が現在主流となってきており、さらなる小型化が求められている。
【０００２】
図１８において、図（ａ）は分離状態を半断面に示す側面図であり、レンズ１をそなえた金属製ハウジング２の内部にＬＤ素子３を密封状態に収容した光素子パッケージ４の前面に、金属製のフェルール結合用スリーブ５と中心に光ファイバ６をそなえたフェルール７とを配置する。セラミックでなるフェルール７の周囲には金属製のフェルール保持スリーブ８を圧入一体化して設けられている。
【０００３】
組み立ての概略手順は、フェルール保持スリーブ８をフェルール結合用スリーブ５に嵌め込み、フェルール結合用スリーブ５の端面を光素子パッケージ４のハウジング２の前面にあてがった状態で、ＬＤ素子３とフェルール７の光ファイバ６との３軸方向の精密な光軸合わせを行ない一致させた状態でフェルール保持スリーブ８とフェルール結合用スリーブ５の周囲、ならびにフェルール結合用スリーブ５と光素子パッケージ４のハウジング２の端面周囲、とをそれぞれレーザによる溶接をして結合一体化させる。この状態が図（ｂ）に示される。
【０００４】
この光素子パッケージ４とフェルール結合用スリーブ５との面合わせは重要な工程である。面合わせが隙間のない状態でなく微小な隙間が存在すると、その後の光軸調整作業を行なった後のレーザ溶接時に隙間が密着することによって傾きが発生し、溶接変動による光結合損失が生じる。
【０００５】
【従来の技術】
上記、光素子パッケージ４とフェルール結合用スリーブ５とについての従来の光軸調整装置による面合わせを、図１９の側面図を参照して説明すると、この場合の光ファイバはフェルール７の中心から延びる周囲が被覆されたピッグテイル型の光ファイバ９として構成されている。フェルール結合用スリーブ５の周囲を保持金具１１によって緊密に保持させ、光ファイバ９は光ファイバ保持アーム１２によって保持される。この光ファイバ保持アーム１２は装置の垂直フレーム１３に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に微動調整されるように構成されている。
【０００６】
光素子パッケージ４は、装置フレームの下方ベース１４上の光軸調整機構１５を介した面合わせ機構１６の上に位置決めして取り付けられる。
光軸調整機構１５は紙面と直交方向の面に対するＸ・Ｙ軸方向の位置調整を、面合わせ機構１６は紙面と平行方向、すなわち光ファイバ９の延びる方向のＺ軸方向の微小な位置の移動ならびにＺ軸に対する傾きを、それぞれ行なうものである。なお、光軸調整機構１５にはＺ軸方向に対する移動機能をもあわせもっており、この光軸調整機構１５は一般にＸＹＺステージと称されている。
【０００７】
面合わせ機構１６は、図示の断面図のように碗形をなす半球面形の台座１７の内部に半球形の球面座１８をそなえてなり、台座１７と球面座１８との球面は隙間なく一致している。台座１７の下部中心には球面部への空気の送入ならびに真空排気のための通気孔１９が設けられており、外部のチューブ２１と連通されている。
【０００８】
以上の構成で、光軸調整機構１５を上昇させて光素子パッケージ４の上端面をフェルール結合用スリーブ５の下端面に接近させ、台座１７の内部にチューブ２１から圧縮空気を送入することにより、球面座１８の球面周囲に空気層による空間が形成され球面座１８が僅かに浮上され、空気層による機械的な抵抗のない状態となって、光素子パッケージ４の上端面がフェルール結合用スリーブ５の下端面に接して傾きが修正され、面どうしが一致されるから、台座１７の内部を真空吸引させると球面座１８が吸着固定されて光素子パッケージ４の上端面とフェルール結合用スリーブ５の下端面との間に平行にしてごく僅かな隙間が形成されので、光軸調整機構１５を操作して光軸調整を行ない、調整後に光軸調整機構１５を隙間分上昇させて密着させ周囲をレーザ溶接による接合を行なう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
フェルール結合用スリーブ５の外径は４ｍｍ程度でありフェルール７の外径は２．５ｍｍ程度なので、フェルール保持スリーブ８を介在させることによるフェルール結合用スリーブ５の厚さは比較的に薄い。
保持金具１１の端部のアーム２２は図２０の平面図に示されるように、先端部がフェルール結合用スリーブ５の外周面に添うような円弧面に形成された等間隔な三方向からのアーム２２のうち、二箇所については固定されており、一箇所が矢印で示されるように進退可能に押圧されるよう構成されている。
【００１０】
そこで、面合わせ時の圧接力に耐えるだけの摩擦保持力を生じるようにアーム２２でフェルール結合用スリーブ５を押圧保持させることが必要なことから、小型化になり薄肉となることにより三方向からのアーム２２の押圧力によって、フェルール結合用スリーブ５にはアーム２２間で周面に膨らむような歪み変形を生じる。その結果この変形によって、面合わせに際して光素子パッケージ４とフェルール結合用スリーブ５との接触面間に僅かな隙間が生じる。
【００１１】
光モジュールが小型化されるに応じて、面合わせ機構１６の大きさに対してフェルール結合用スリーブ５の接触面積が小さいために、正確な面接触を得にくい。ちなみに、面合わせ機構１６のサイズは１００ｍｍ程度あり、球面座１８が浮上された状態は機械的な抵抗がほとんどないといっても、サイズと質量の比率差が大きいためにこのような傾向を避けがたい。
【００１２】
面合わせ機構１６は、図示原理図によれば簡易構成であるけれども、実際の構成は精密にして複雑であり、その結果全体のコストがかさむものとなっている。その動作についても面合わせ速度を緩やかにして面どうしを接触させて行なうことから、全体の調整・組み立て時間５分のうちの２分にもおよぶ時間を必要としている。
【００１３】
本発明は、以上のような各種の問題点を解決した光モジュールの製造方法および製造装置の提供をすることを発明の課題とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記、課題を解決するための本発明手段の第１の構成要旨は、光素子を収容する光素子パッケージとフェルール結合用スリーブとの光軸位置合わせを行ない端面間を溶接結合する光モジュールの製造方法であって、フェルール結合用スリーブの先端側の周囲３箇所に傾斜接触し、垂直軸に対して４５°±１５°の角度範囲の傾斜をもつ第１と第２の面の２面からなるナイフエッジ形の押圧部材によって押圧されることでフェルール結合用スリーブの端面が光素子パッケージの端面に押圧された状態で光軸位置合わせされ端面間周囲が溶接結合されるようにする光モジュールの製造方法である。
【００１５】
この第１の構成要旨によると、光素子パッケージを水平状態に位置設定された光軸調整機構上に取り付け、その上にフェルール結合用スリーブを載置させた状態でフェルール結合用スリーブの周囲３箇所が傾斜接触するナイフエッジ形の押圧部材によって３箇所の点接触で押圧されることから、半径方向の中心位置が自動的に設定される。従来のような摩擦接触力によるような保持手段でないことから、安定した光素子パッケージへの面どうしによる押圧接触状態が得られ、しかも、フェルール結合用スリーブの周囲に歪みならびに変形を生じることがなく、簡易構成にして、面合わせに要する時間および組み合わせ時間の短縮化が得られる。
【００１６】
本発明手段の第２の構成要旨は、光素子を収容する光素子パッケージとフェルール結合用スリーブとの光軸位置合わせを行ない端面間を溶接結合する光モジュールの製造装置であって、光素子パッケージを支持するとともに面方向に移動して光軸位置調整のための光軸調整台と、光素子パッケージの端面に接するフェルール結合用スリーブの先端側周囲３箇所に押圧接触して光素子パッケージの端面に圧接状態とし、垂直軸に対して４５°±１５°の角度範囲に傾斜をもつ第１と第２の面の２面からなるナイフエッジ形の押圧部材を有するスリーブ押さえと、をそなえる光モジュールの製造装置である。
【００１７】
この第２の構成要旨によると、光素子パッケージを水平状態に位置設定させて光軸調整機構上に位置させ、その上にフェルール結合用スリーブを載置させた状態としてフェルール結合用スリーブの周囲３箇所を押圧する傾斜姿勢のナイフエッジ形の押圧部材を有するスリーブ押さえをそなえてなるものであるから、構成がきわめて簡易である。
【００１８】
押圧部材によって押圧されるフェルール結合用スリーブは半径方向の中心位置が自動的に設定されるとともに、光素子パッケージ部への面どうしが押圧されることで、隙間なく安定した面接触が得られ、周囲に歪みや変形を生じることがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について発明の構成要旨にもとづいた具体的な一実施の形態を図面を参照しながらそれぞれ詳細に説明する。なお、理解を確実かつ容易とするために全図を通じて同様箇所には同一符号を付して示してある。
図１は、本発明になる光モジュールの製造装置の概略の側面図であって要部を断面にして示してある。光素子パッケージ４とフェルール結合用スリーブ５ならびにフェルール７とフェルール保持スリーブ８と光ファイバ９とは既述したものと同様であって同一符号を付して示してある。
【００２０】
装置の構成について説明すると、装置フレームの下方のベース２４上に紙面と直交方向の面に対するＸ・Ｙ軸方向の位置調整を行なう光軸調整台としての光軸調整機構のＸ・Ｙステージ２５と、装置の垂直フレーム２６面の中間部にフェルール結合用スリーブ５を押圧位置決めさせるスリーブ押さえ２７と、その上部に光ファイバ保持アーム１２と、が設けられてなる。 Ｘ・Ｙステージ２５の上部には光素子パッケージ４を位置決めして取り付け支持する支持台２８が設けられている。
【００２１】
スリーブ押さえ２７は、垂直フレーム２６に対して上下方向にのみ移動可能な可動ベース２９に支持されており、この可動ベース２９の下部に荷重センサ３１と、垂直フレーム２６の上部にばね３２を介して荷重調整ねじ３３が設けられており、可動ベース２９は荷重調整ねじ３３によって支えられている。
光ファイバ保持アーム１２は、垂直フレーム２６に対して上下方向のＺ軸方向に移動可能な可動台３４に支持されている。
【００２２】
図２は、光素子パッケージ４の上側にフェルール結合用スリーブ５を位置させ、このフェルール結合用スリーブ５の周囲の角部分３６にスリーブ押さえ２７の押圧部材３５が接して押圧された状態部分の図１における要部側面図が示されている。フェルール結合用スリーブ５の上部にはフェルール７が位置されている。
光素子パッケージ４のハウジング２、フェルール結合用スリーブ５、フェルール７周囲のフェルール保持スリーブ８、を構成する材料は、すべて、耐蝕性をそなえレーザ溶接に好適なステンレス鋼材によって作られている。
【００２３】
押圧部材３５は図３の図（ａ）の平面図に示されるようにフェルール結合用スリーブ５の周囲に対して等間隔な３方向に配置されており、図（ｂ）に示されるようにフェルール結合用スリーブ５を押圧位置決めさせる。
押圧部材３５について、代表的にその１つの具体的詳細な構成を、図４の図（ａ）の平面図と、図（ａ）の側面図である図（ｂ）と、図（ｂ）の矢視方向から見た底面図（ｃ）と、を参照して述べると、図（ａ）に示されるように先端側が角度θ°のナイフエッジ形をなしており、図（ｂ）に示されるように図示右方向の下方側に延びて途中からは、傾斜角度α°で傾斜し、その先端の角度は図（ｃ）に示されるように同じく角度θ°の状態である。
【００２４】
この押圧部材３５は、たとえばステンレス鋼材からなり、焼入れによる熱処理硬化ならびに研磨仕上げされた硬質なものである。
以上の構成で、その作用について概略説明をすると、押圧部材３５の３箇所の位置関係はスリーブ押さえ２７と一体であって固定されていることから、円形をなすフェルール結合用スリーブ５の周囲角部分３６に接することにより、自動的に押圧部材３５の３箇所の中心位置に位置決めされることとなる。
【００２５】
このようなことは、押圧部材３５の角度α°傾斜している傾斜部３７によって、この傾斜部３７と接するフェルール結合用スリーブ５の周囲角部分３６は軸方向へ押圧される方向と、この軸方向への押圧力の分力による中心方向への押圧力とに傾斜角度にもとづいたそれぞれ両方向に作用することにほかならないからである。
【００２６】
押圧部材３５は３箇所とする以外に、より多くの複数箇所であってもよいことであるが、最低限度の３箇所がもっとも安定かつ効果的に上記のような作用を奏する以外に、後述する溶接との関係に対しても有効なことである。
また、光素子パッケージ４は図１で説明のようにＸ・Ｙステージ２５上の支持台２８に位置決めして取り付け支持されていることから、光素子パッケージ４上に載置されたフェルール結合用スリーブ５は３箇所のスリーブ押さえ２７の押圧部材３５の中心位置に位置決めされ、このようにそれぞれが位置決めされて面どうしが隙間なく接触される。
【００２７】
図２に示されるフェルール７のフェルール保持スリーブ８の部分を、フェルール結合用スリーブ５に挿入した状態で、光素子パッケージ４のＬＤ素子３を動作させ、フェルール結合用スリーブ５に対して光素子パッケージ４の位置をＸ・Ｙステージ２５により平面上を微細に移動調整させるとともに、フェルール７の挿入位置であるＺ軸方向をも光ファイバ保持アーム１２を上下に移動調整させてフェルール７の光ファイバ６，９を介して、その出力光を検出しながら最適位置状態に設定させる。
【００２８】
このためには、光素子パッケージ４に対するフェルール結合用スリーブ５の接触圧力を、荷重調整ねじ３３を荷重センサ３１で検出しながら、たとえば、１３±５ｇｒｆ／ｍｍ² となるように調整して行ななう。
このように位置を設定させた状態で図５に示されるように、光素子パッケージ４の上部面とフェルール結合用スリーブ５の下部面の周囲の部分、およびフェルール結合用スリーブ５の上部面とフェルール保持スリーブ８の周囲面の部分、の複数箇所を等間隔にそれぞれ溶接用のレーザ、たとえばＹＡＧレーザ光を照射して溶接３８し、結合させる。
【００２９】
上記の接触荷重範囲に設定することにより、光ファイバ９の捩れや曲がり、などによる光素子パッケージ４とフェルール結合用スリーブ５との間に隙間が生じることなく、密着状態で高精度な光軸調整が得られる。このような低荷重なことから、フェルール結合用スリーブ５に変形や歪みの発生することがなく、面合わせ時間も、ごく短時間に行なえる。
【００３０】
図３の図（ｂ）の平面図を参照すると、光素子パッケージ４とフェルール結合用スリーブ５との溶接３８の箇所は周囲の３箇所の押圧部材３５の丁度中間部分に位置していることがよく示されている。このように溶接用の光ビームを照射熔融させるのは双方の接触面に向かった斜め上方からなことから、押圧部材３５を避けた中間の等間隔の部分となることにほかならないことである。
【００３１】
フェルール結合用スリーブ５とフェルール７のフェルール保持スリーブ８との溶接箇所については、このような条件はないけれども溶接装置を共用していることから同様に行なわれる。
上記押圧部材３５のナイフエッジ形の角度θ°は、発明者らが確認したところによると９０°が適当であるものの、９０°±３０°の範囲でもとくに支障がなく。傾斜部３７の角度α°についても４５°を中心にして、４５°±１５°の範囲であっても同様であった。また、３箇所の押圧部材３５の角度間隔については、１２０°±１０°の範囲を許容範囲に設定した。以上のことは、各種光モジュールに対する実施上の各種条件に応じて設定し得ることである。
【００３２】
スリーブ押さえ２７の押圧部材３５の先端部がナイフエッジ形であり、さらに傾斜部３７に形成されていることによって、このナイフエッジ形状の部分がフェルール結合用スリーブ５の角部分３６に食い込むように作用する。このような作用によって、光素子パッケージ４とフェルール結合用スリーブ５との相互の面どうしが密着状態となるにもかかわらず、光軸調整のためにＸ，Ｙ方向移動ステージを移動させても、０．１μｍの精度で光軸調整アルゴリズムによる最大ピーク位置に収束させることができる。
【００３３】
上述したような手順によって面合わせされた光素子モジュールのレーザ溶接後の光軸のずれ量（溶接変位）は、従来の面合わせ方法に比して少なく、従来は、４．８μｍであったもの、本発明によると、２．５μｍ（いずれも３σ値）と、良好な面合わせ状態となる。
図６に、本発明スリーブ押さえ２７の具体的な実施の形態の平面図を分離状態にして示し、図７の図（ａ）に図６のＡ−Ａ矢視図、図７の図（ｂ）に図６のＢ−Ｂ矢視図、をそれぞれ示す。
【００３４】
図において平面視方形の基板４１の一辺を傾斜面４２となし、この傾斜面４２の中央部分に半円形の凹部４３を形成するとともに、周囲方向から１２０°の間隔を介して半円形の中心部に向けて２つの押圧部材３５を突出形成させ、押圧部材３５の周囲両側には空間４４が形成されている。
傾斜面４２の両側遠端部には２箇所にガイドピン４５を圧入して突設させてあり、近端部には２箇所にねじ穴４６を設けてある。基板４１の短辺側は図７の図（ａ）に示されるように厚さが厚く、その端面の２箇所にねじ穴４７が形成されており、このねじ穴４７によって装置の垂直フレーム２６の可動ベース２９（図１に図示）に基板４１がねじ止めして取り付けられる。
【００３５】
この基板４１の傾斜面４２に対して着脱可能に取り付けられる着脱金具５１は角棒状の中央部分が、基板４１の凹部４３の厚さと同じとなるように凹面５２に形成されており、その中央部から直交方向に押圧部材３５が突設されている。
着脱金具５１の両側遠端部にはガイド孔５３と近端部にはねじ挿通孔５４とが形成されており、このねじ挿通孔５４には図示されるような、頭部に刻み目（ナール）の形成されたつまみねじ５５が挿入される。
【００３６】
以上の構成により、図示状態で基板４１のガイドピン４５に着脱金具５１のガイド孔５３を挿入させ、傾斜面４２に着脱金具５１を密着させるとともに、ねじ挿通孔５４につまみねじ５５を挿入させて基板４１のねじ穴４６にねじ込み締めつけ固定させる。この状態が図８に示されている。 図８によると着脱金具５１はガイドピン４５によって基板４１に対する相互の位置が決められ、その結果、基板４１側の押圧部材３５と、着脱金具５１側の押圧部材３５との位置も一定の関係に設定される。すなわち、３か所の押圧部材３５は１２０°間隔に設定され、それぞれの押圧部材３５の先端部の形状ならびに状態は図３，図４の拡大図を参照して説明と同じである。
【００３７】
図９に、本発明スリーブ押さえ２７Ａの具体的な第２の実施の形態の平面図を示す。図において、平面視方形の基板４１Ａの一辺を傾斜面４２となし、この傾斜面の中央部分に半円形の凹部４３を形成するとともに、周囲方向から１２０°の間隔を介して半円形の中心部に向けて２つの押圧部材３５を突出形成させ、押圧部材３５の周囲両側には空間４４を形成させている。このような構成は図６の構成と同様である。
【００３８】
基板４１Ａの短辺側は図７の図（ａ）と同様に厚く、端面の２箇所にねじ穴４７が形成されており、このねじ穴４７によって装置の垂直フレーム２６の可動ベース２９に基板４１Ａがねじ止めして取り付けられることも同様なことである。
この基板４１Ａの傾斜面４２に対して開閉可能に取り付けられる着脱金具５１Ａは角棒状の中央部分が、基板４１Ａの凹部４３の厚さと同じとなるように凹面５２に形成されており、その中央部から直交方向に押圧部材３５が突設されている。
【００３９】
着脱金具５１Ａの両端には、基板４１Ａの上下面と接するよう、それぞれ上下に板状の脚部が延びており、一端側の第１の脚部５６は基板４１Ａともに貫通する軸５７によってヒンジが構成され、他端側の第２の脚部５８は基板４１Ａの上下面に接して取り付け時の位置決めとしての機能をそなえる。
この着脱金具５１Ａの第２の脚部５８側のねじ挿通孔５４につまみねじ５５が挿入され、二点鎖線に示される解放位置から、実線に示される取り付け位置において基板４１Ａ側のねじ穴４６にねじ込まれて締め付けられることによって着脱金具５１が位置決めされるとともに固定される。
【００４０】
図９によると、着脱金具５１Ａは軸５７を中心に回動されるヒンジ機構によって基板４１Ａに対する相互の位置が決められ、その結果、基板４１Ａ側の押圧部材３５と、着脱金具５１Ａ側の押圧部材３５との位置も一定の関係に設定される。すなわち、３箇所の押圧部材３５は１２０°間隔に設定され、それぞれの押圧部材３５の先端部の形状ならびに状態は図３，図４の拡大図を参照して説明と同じであることは、前実施の形態と同様である。
【００４１】
図６および図９で説明のように、スリーブ押さえ２７の着脱金具５１を着脱あるいは遠近し得るように取り外すことについては、図１で説明のように取り付けセットするに際して、光ファイバ９の存在によりスリーブ押さえ２７の中心に位置させることが可能なように解放させるために必要なことである。
また、溶接後においてもスリーブ押さえ２７の中心位置から取り出すために必要であり、光ファイバ９のない光コネクタの場合であっても、図５に示されるようにフェルール７周囲のフェルール保持スリーブ８の鍔部によって取り外すことができないような場合に解放状態として取り外すためである。
【００４２】
図１０は、本発明光モジュール製造装置の機構部概略の側面図であり、ベース６１の中央部に光軸調整台としてのＹ方向移動ステージ６２、その上に順次Ｘ方向移動ステージ６３、Ｙ方向の平面角度調整用のθｙゴニオステージ６４、Ｘ方向の平面角度調整用のθｘゴニオステージ６５、支持台６６（図１の２８に相当）、が設けられている。
【００４３】
ベース６１上の図示左側には、垂直フレーム６７の下部にＺ方向移動ステージ６８（図１の２９〜３３に相当）に支持されたスリーブ押さえ２７と、上部にＺ方向移動ステージ６９（図１の３４に相当）に支持された光ファイバ保持アーム７１（図１の１２に相当）と、が設けられている。
ベース６１上の図示右側には、支持台７２上に溶接用のレーザ光出射部７３が、溶接位置に対するフォーカス位置合わせ用のＸ方向移動ステージ、Ｚ軸方向の溶接位置決め用のゴニオステージ、を介して設けられている状態が１箇所のみ示されている。
【００４４】
図１１は、図１０の平面図であってレーザ光出射部７３が３箇所に配置されている状態が示されており、図１２には、図１１の３箇所のレーザ光出射部７３とスリーブ押さえ２７とについて、それらの位置関係が具体的に示され、レーザ光出射部の中心線に対して、二点鎖線に示されるレーザ光の照射収束される先端部は図８で説明したスリーブ押さえ２７の３箇所の空間部４４を介して中心位置に配置された光モジュールの溶接部に収束照射されることがよく示されている。
【００４５】
図１３は、制御部などを含む装置全体構成が概略に示される。ベース６１上の各部の配置構成は、図１および図１０、図１１を参照して説明のとおりであり、図示左側に、ＹＡＧレーザ溶接機７５と、各移動部のステージドライバ７６、ＬＤ駆動電源７７、光パワーメータ７８、これらを制御するＰＣ（パソコン）からなる制御装置７９と、が配置される。
【００４６】
ＹＡＧレーザ溶接機７５は光伝送線路８１を介してそれぞれのレーザ光出射部７３と接続されており、ステージドライバ７６は制御線８２を介して光軸調整台であるところの、Ｙ方向移動ステージ６２、Ｘ方向移動ステージ６３、θｙゴニオステージ６４、θｘゴニオステージ６５、Ｚ方向移動ステージ６８，６９、とそれぞれ接続されており、ＬＤ駆動電源７７は支持台６６に支持される光素子パッケージ４のＬＤ素子３に伝送線８３で接続され、光パワーメータ７８は光ファイバ保持アーム７１に保持されている光ファイバから延長される光ファイバ９と接続されている。
【００４７】
ステージドライバ７６，ＬＤ駆動電源７７，光パワーメータ７８と、制御装置７９とはＧＰ−ＩＢで接続されている。この制御装置７９には光軸調整プログラムが設定されており、プログラムの指示にしたがって光軸調整が行なわれる。すなわち、光軸調整プログラムは光素子パッケージ４からの光出力を光パワーメータ７８でモニタリングしながら、光パワーメータ７８の値が最大値を得られるように、図１〜図５を参照して説明のように、スリーブ押さえ２７に保持されたフェルール結合用スリーブ５を基準に、光素子パッケージ４を各移動ステージ６２，６３を自動的にＸ方向，Ｙ方向、ならびにＺ方向移動ステージ６９をＺ方向に制御させながら移動させることで行なわれる。
【００４８】
このような移動制御手順の一例について、図１４を参照すると、図（ａ）で中心点Ｃを、スリーブ押さえ２７に押圧保持されたフェルール結合用スリーブ５に嵌められているフェルール７と光ファイバ６の光軸位置に対する、光素子パッケージ４からのＬＤ素子３からの出射光の光軸位置であるとする。
このＣ点を出発点として微細に、細線の軌跡に示されるようにＸ方向およびＹ方向面上を逐次拡大する周辺方向に移動させる。そうして、Ｄ点位置において光パワーメータ７８に光ファイバ６に入射された光パワーが検出されたならば、図（ｂ）に示されるように、Ｄ点を中心にしてＸ方向ならびにＹ方向の面の範囲を繰り返し微動させて最大出力が得られるように調整することで最適位置が得られる。
【００４９】
ここで、光モジュールが図１に示されるようにフェルール７から延びる光ファイバ９をそなえたピッグテイル型の場合は上述したような手順によって組み立て可能であるが、フェルール７から延びる光ファイバ９をそなえていない光コネクタ型の場合について述べると、図１５のように内部に光ファイバ６をそなえたフェルール７の場合、外部側となるフェルール７の部分に対して割りスリーブと称されている軸方向に、図示右側の断面図によく示されているスリット８４が形成された円筒ばね８５の一端側をフェルール７に圧入し、この円筒ばね８５の他端側に光ファイバ９の芯線を挿入し取り付けたフェルール８６を圧入させ、フェルール７，８６どうしの端面を接触させることによって光接続させることにより同様な手順で面合わせならびに接続結合をさせることが可能となる。
【００５０】
図１６に調整フローを示し、左側に記載の工程順位の数字を参照して概略説明をすると、
第１工程で、光モジュールに応じての光軸調整プログラムの選定、部品番号などを入力。
第２工程で、部品取り付け位置へステージを移動させる。
【００５１】
第３工程で、光素子パッケージ４をセット。
第４工程で、光軸調整開始位置へステージを移動させる。
第５工程で、光素子パッケージ４上にフェルール結合用スリーブ５をセット。
第６工程で、スリーブ押さえ２７を降下させて面合わせ。
第７工程で、フェルール結合用スリーブ５に対するスリーブ押さえ２７の荷重測定。
【００５２】
第８工程で、設定荷重とスリーブ押さえ２７の荷重を比較。
第９工程で、フェルール結合用スリーブ５にフェルール７をセット。
第１０工程で、ＬＤ駆動電源７７を投入。
第１１工程で、あらかじめ設定されている光軸調整プログラムによりステージを光の最大パワーの得られる位置へ調整移動。
【００５３】
第１２工程で、光パワーメータ７８による出力測定。
第１３工程で、ステージ移動直前のパワーと比較し最大パワーであるか判定。
第１４工程で、ＹＡＧレーザ光出射部７５のゴニオステージとＸステージによる溶接位置決めならびに溶接固定。
第１５工程で、溶接固定による光軸ずれを防ぐための再調整（Ｘ，Ｙステージ移動）
第１６，１７工程で、光パワー測定。
【００５４】
第１８固定で、ＹＡＧレーザ光出射部７５のゴニオステージとＸステージによる溶接位置決めならびに溶接固定。
第２０工程で、光モジュールを取り出すためにスリーブ押さえ２７を上昇ならびに解放させる。
第２１工程で、光モジュール取り出し位置へステージを移動させる。
【００５５】
以上のようであって本発明によれば、光素子パッケージ４とフェルール結合用スリーブ５との面合わせにナイフエッジ形のスリーブ押さえを適用したことにより、制御装置と位置合わせの移動ステージとを自動化するとともにレーザ溶接機の組み合わせによって簡易構成にして、高精度な光軸調整と良好な面合わせを両立可能とした自動光軸調整装置を低コストで実現し得る。
【００５６】
上記、実施の形態では光素子としてＬＤ素子とした一例であるが、光パワーメータに代えてＬＤ光源、ＬＤ駆動電源に代えて電流モニタ内蔵のＤＣ電源とすることにより、光受光素子であるＰＤモジュール用光軸調整装置とすることができる。
このように本発明によれば、制御装置、位置合わせ装置、電源、部品に合わせた支持台、スリーブの形状寸法に合わせたナイフエッジ形の間隔などを合わせたスリーブ押さえ、を用いることによって各種光モジュールの製造に対応可能である。
【００５７】
図１７は、本発明による位置合わせと従来の位置合わせとによる正規確率分布を実際に測定した、変位（μｍ）と累積確率（％）とのデータを示しており、実線に示される部分が本発明による溶接変位であり、点線に示される部分が従来の溶接変位である。
（付記１） 光素子を収容する光素子パッケージとフェルール結合用スリーブとの光軸位置合わせを行ない端面間を溶接結合する光モジュールの製造方法であって、
上記フェルール結合用スリーブの先端側の周囲３箇所に傾斜接触するナイフエッジ形の押圧部材によって押圧されることでフェルール結合用スリーブの端面が光素子パッケージの端面に押圧された状態で光軸位置合わせされ端面間周囲が溶接結合されるようにすることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【００５８】
（付記２） 光素子を収容する光素子パッケージとフェルール結合用スリーブとの光軸位置合わせを行ない端面間を溶接結合する光モジュールの製造装置であって
光素子パッケージを支持するとともに面方向に移動して光軸位置調整のための光軸調整台と、光素子パッケージの端面に接するフェルール結合用スリーブの先端側周囲３箇所に押圧接触して光素子パッケージの端面に圧接状態とする傾斜ナイフエッジ形の押圧部材を有するスリーブ押さえと、をそなえることを特徴とする光モジュールの製造装置。
【００５９】
（付記３） 付記１および付記２に記載された押圧部材のフェルール結合用スリーブの周囲と接触するナイフエッジ形の傾斜部の傾斜角度は垂直軸に対して４５°±１５°の角度範囲であり、３箇所の押圧部材はＸ，Ｙ平面内で１２０°±１０°の角度範囲内に設けられてなることを特徴とする光モジュールの製造方法または光モジュールの製造装置。
【００６０】
（付記４） 付記１および付記２に記載された押圧部材の側部には溶接用レーザビーム通過用の空間が設けられてなることを特徴とする光モジュールの製造方法または光モジュールの製造装置。
（付記５） 付記１および付記２に記載された３箇所の押圧部材の２箇所は位置固定されており、１箇所は１２０°±１０°の進出位置と退避解放位置とに可動し得ることを特徴とする光モジュールの製造方法または光モジュールの製造装置。
【００６１】
（付記６）付記１および付記２に記載された押圧部材はスリーブ押さえとの接触圧を荷重制御手段によって制御されフェルール結合用スリーブと光素子パッケージとの面合わせ荷重を所定範囲内の接触圧力として面合わせさせることを特徴とする光モジュールの製造方法または光モジュールの製造装置。
【００６２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明のように、本発明の光モジュールの製造方法および製造装置によれば、フェルール結合用スリーブを半径方向から圧接する従来とは異なることからフェルール結合用スリーブに変形を生じることなく、光素子パッケージ面との間に隙間を生じないので良好な面合わせが得られるので溶接による位置変動を防止することができる。
【００６３】
さらには、スリーブ押さえに対する押圧部材の押圧荷重を所定範囲内に制御することによって、高精度な光軸調整精度が得られる。
複雑な面合わせ機構を要することなく、簡易構成なことから低コストな光軸調整装置であり、面合わせに要する時間を短縮し得るので組み立てコストの低減化が図れるなど、その実用上の効果はきわめて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明光モジュールの製造装置の概略構成説明図である。
【図２】フェルール結合用スリーブがスリーブ押さえで位置決めされることの説明図である。
【図３】押圧部材とフェルール結合用スリーブとの位置関係の平面図である。
【図４】押圧部材の先端部拡大図である。
【図５】フェルール結合用スリーブの溶接位置説明図である。
【図６】本発明スリーブ押さえの分離状態の平面図である。
【図７】図６の Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ 矢視図である。
【図８】本発明スリーブ押さえの組み立て平面図である。
【図９】本発明スリーブ押さえの第２の実施の形態である。
【図１０】光モジュール製造装置の機構部概略の側面図である。
【図１１】図１０の平面図である。
【図１２】図１１のレーザ光出射部とスリーブ押さえとの位置関係を示す平面図である。
【図１３】光モジュール製造装置全体の概略構成図である。
【図１４】Ｘ，Ｙ方向移動ステージの移動制御手順の一例である。
【図１５】フェルールが光コネクタの場合の光ファイバとの接続例である。
【図１６】本発明光軸調整の工程フローである。
【図１７】溶接変動の本発明と従来との正規確率分布である。
【図１８】ＬＤモジュールの構造と組み立て方法の説明図である。
【図１９】従来の光軸調整装置による面合わせの説明図である。
【図２０】図１９の光ファイバ保持腕の要部平面図である。
【符号の説明】
１ レンズ
２ ハウジング
３ ＬＤ素子
４ 光素子パッケージ
５ フェルール結合用スリーブ
６ 光ファイバ
７ フェルール
８ フェルール保持スリーブ
９ 光ファイバ
１１ 保持金具
１２ 光ファイバ保持アーム
１３ 垂直フレーム
１４ ベース
１５ 光軸調整機構
１６ 面合わせ機構
１７ 台座
１８ 球面座
１９ 通気孔
２１ チューブ
２２ アーム
２４ ベース
２５ Ｘ・Ｙステージ
２６ 垂直フレーム
２７ スリーブ押さえ
２７Ａ スリーブ押さえ
２８ 支持台
２９ 可動ベース
３１ 荷重センサ
３２ ばね
３３ 荷重調整ねじ
３４ 可動台
３５ 押圧部材
３６ 角部分
３７ 傾斜部
３８ 溶接
４１ 基板
４１Ａ 基板
４２ 傾斜面
４３ 凹部
４４ 空間
４５ ガイドピン
４６，４７ ねじ穴
５１ 着脱金具
５１Ａ 着脱金具
５２ 凹面
５３ ガイド孔
５４ ねじ挿通孔
５５ つまみねじ
５６ 第１の脚部
５７ 軸
５８ 第２の脚部
６１ ベース
６２ Ｙ方向移動ステージ
６３ Ｘ方向移動ステージ
６４ θｙゴニオステージ
６５ θｘゴニオステージ
６６ 支持台
６７ 垂直フレーム
６８ Ｚ方向移動ステージ
６９ Ｚ方向移動ステージ
７１ 光ファイバ保持アーム
７２ 支持台
７３ レーザ光出射部
７５ ＹＡＧレーザ溶接機
７６ ステージドライバ
７７ ＬＤ駆動電源
７８ 光パワーメータ
７９ 制御装置
８１ 光伝送線路
８２ 制御線
８３ 伝送線
８４ スリット
８５ 円筒ばね
８６ フェルール

Claims (2)

1. 光素子を収容する光素子パッケージとフェルール結合用スリーブとの光軸位置合わせを行ない端面間を溶接結合する光モジュールの製造方法であって、
   上記フェルール結合用スリーブの先端側の周囲３箇所に傾斜接触し、垂直軸に対して４５°±１５°の角度範囲の傾斜をもつ第１と第２の面の２面からなるナイフエッジ形の押圧部材によって押圧されることでフェルール結合用スリーブの端面が光素子パッケージの端面に押圧された状態で光軸位置合わせされ端面間周囲が溶接結合されるようにすることを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 光素子を収容する光素子パッケージとフェルール結合用スリーブとの光軸位置合わせを行ない端面間を溶接結合する光モジュールの製造装置であって、
   光素子パッケージを支持するとともに面方向に移動して光軸位置調整のための光軸調整台と、光素子パッケージの端面に接するフェルール結合用スリーブの先端側周囲３箇所に押圧接触して光素子パッケージの端面に圧接状態とし、垂直軸に対して４５°±１５°の角度範囲の傾斜をもつ第１と第２の面の２面からなるナイフエッジ形の押圧部材を有するスリーブ押さえと、をそなえることを特徴とする光モジュールの製造装置。

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