JP4111362B2

JP4111362B2 - 光学部品の面合せ装置

Info

Publication number: JP4111362B2
Application number: JP33637698A
Authority: JP
Inventors: 靖弘庄司
Original assignee: Suruga Seiki Co Ltd
Current assignee: Suruga Seiki Co Ltd
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2018-11-26
Also published as: JP2000162484A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学部品の面合せ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバー、受発光素子、レンズ、プリズムなどの光デバイスを光軸調整する作業においては、対峙する光学部品同士の接合面の角度を正確に合せる必要がある。さらに、光モジュール組立工程における溶接あるいは接着時には、自動化や高速化などの作業効率向上のため、デバイス同士の接合面接触位置を正確に把握し、接合面の平行度を精密に面合せすることが不可欠である。
【０００３】
こうした光学部品の接合面の角度を正確に合せることを目的とした先行技術として、従来、次の方式が知られている。
イ．ＣＣＤカメラによって部品の平行状態を観察し、ＣＣＤカメラと接続した画
像処理装置によって得られた角度を回転ステージで移動修正する方式。
ロ．特開平７−６３９６１号公報や特開平８−２８１４６４号公報のように、半球形状の治具を使用して部品同士を押しつけることにより接合面の平行を出す
方式。
【０００４】
しかし、前記先行技術では、次のような問題があった。
イ．の方式は、ＣＣＤカメラのピクセル分解能やカメラ倍率に限界があって、接合面の平行出しを精密に行なうことは困難であり、また、部品に欠けや研摩による面ダリがあったり、あるいは部品を照らす照明が夫適切であった場合に画像認識に誤差が生ずる。
また、ロ．の方式では装置の構造上、接合面の平行度をその場で確認することができず、また、接合面の位置や角度の定量的な情報も得ることができない。さらに、部品を保持するスペースの制限があり、横配列もできないので作業性が悪く、面合せ後のクランプ力が不足しやすく、これを強化するための機構も複雑なものとなるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解消するために創案されたもので、その目的とするところは、光学部品同士の面合せ（平行出し）を、たとえ接合面に部分的な欠けや面だれなどがあっても、短時間内で精密に行なうことができるまとまりがよく低コストな面合せ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による光学部品の面合せ装置は、面合せすべき光学部品の第１部品に対して第２部品を接近する方向（Ｚ軸方向）に移動しうる移動ステージと、
該移動ステージ上に搭載され、第２部品をＺ軸と直交する２軸方向に所望回転角移動させるための第１と第２のゴニオステージと、
前記ゴニオステージの自由面側に設けられていて、第２部品を保持するスライド体と、該スライド体をＺ軸方向に付勢する付勢手段と、部品同士の接触にともなうスライド体の付勢手段の力に抗してのＺ軸方向変位量および前記ゴニオステージの回転角移動に伴うスライド体の付勢手段の力に抗したＺ軸方向変位量を検出する変位検出センサとを備えた接触感知機構と、
前記変位検出センサと電気的に接続され、第１部品と第２部品の接触検知後のゴニオステージの回転角移動に伴って検出されたスライド体のＺ軸方向連続的変位量のピークを求め、このピーク位置に相当する角度にゴニオステージを回転角移動させるための制御手段を有していることを特徴としている。
【０００７】
前記移動ステージは基本的にＺ軸ステージを有していることが必要であるが、これに加えて、Ｚ軸と直交する２軸のステージ部分などを有していてもよい。
前記ゴニオステージは移動ステージ上にＺ軸と直角方向に伸びるブラケットを介して固定され、前記接触感知機構は、ゴニオステージの自由面に直接でもよいが、ブラケットを介して固定されていてもよい。
接触感知機構の付勢手段の例としては弾性体が挙げられる。
【０００８】
【作用】
第１部品はテーブル上に設けた固定台に取り付けられる。この状態で、移動ステージを駆動して第２部品を第１部品に接近させる。これら第１部品と第２部品が接触すると、接触感知機構のスライド体は付勢手段の付勢力に抗して後退側に移動させられる。この変位量が変位検出センサにより検出されるため、自動的に接触を検知することができる。
このような両部品が接触した状態で２軸のゴニオステージの一方を駆動して、接触感知機構を微小角度範囲で正・逆回転すると、この回転角移動に伴って第２部品は第１部品と接触関係が変化し、スライド体は付勢手段の付勢によって第１部品に接近する方向およびと後退する方向に順次移動し、変位センサで検出される変位量が漸増、漸減する。この動作中の変位センサの検出値の変化は制御手段により監視あるいは認識され、変位量のピーク位置が第１部品と第２部品の端面が最も平行になった位置であるので、そのピーク位置に対応する角度に当該ゴニオステージを回転角移動させる。
そして、直交するもう一方のゴニオステージも同じ操作を行なって、変位量のピーク位置を検出するとともにそのピーク位置に対応する角度に当該ゴニオステージを回転角移動させればよく、かかる操作により簡単、迅速かつ正確に光学部品同士を精密な平行面合せ状態にすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下発明の実施態様を添付図面に基いて説明する。
図１ないし図５は本発明による光学部品の面合せ装置の第１態様を示している。なお、本発明においては、光学部品同士が接近する方向を光軸方向とし、それをＺ軸方向と称することにする。
１は移動ステージであり、この実施例では、移動ステージはＺ軸ステージだけのものを示しており、テーブルＴに載置固定される基台１０とこれにＺ軸方向に移動可能に取り付けられた移動テーブル１１を備えている。前記基台１０はＺ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にステッピングモータやサーボモータや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。
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、移動テーブル１１の雌ねじ部と螺合し、したがって、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。
【００１０】
３は前記移動テーブル１１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３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を接続した光学部品Ｂが前端面ｂを適度に突出させるようにして固定されている。
【００１１】
２は前記移動テーブル１１に垂直状に固設されたブラケット８の光軸方向対向面８０に搭載固定された第１ゴニオステージ、２’は該第１ゴニオステージに積層状に固定された第２ゴニオステージであり、第１のゴニオステージ２と第２のゴニオステージ２’は回転方向が直交状となっている。
それら第１のゴニオステージ２と第２のゴニオステージ２’は、図４のように、凹曲率平行レール部２００，２００を有する固定部体２０と、前記曲率平行レール部２００，２００に対応する凸曲率平行レール部２０１，２０１を有する移動部体２１とを、あり機構を介して組み付けており、前記移動部体２１の内面には自由面が弧状のウオームホイール２２が固定されるとともに、該弧状ウオームホイール２２に噛みあうウオームギヤ２３が内挿され、ウオームギヤ２３はブラケットに固定されたステッピングモータやサーボモータやなどのパルス制御可逆回転型のモータ２４（２４’）に連結され、モータ２４（２４’）の駆動によるウオームギヤ２３の正転・逆転により、このウオームホイール２２よびこれと一体の移動部体２１が固定部体２０に対して所要回転角度傾斜状に移動する。
【００１２】
なお、あり機構は、この例では、凹曲率平行レール部２００，２００と凸曲率平行レール部２０１，２０１の両側面に弧状Ｖ溝２０３，２０４が設けられ、それらＶ溝の間に硬質ボール２が介在されることによりガタつきなく滑らかに精密移動可能となっている。
【００１３】
第１ゴニオステージ２の固定部体２０はブラケット８に固定され、第１ゴニオステージ２の移動部体２１に第２ゴニオステージ２’の固定部体２０が固定されている。
この実施例では、第１ゴニオステージ２の移動部体２１がＺ軸に対して上下方向θ１、第２ゴニオステージ２’の移動部体２１がＺ軸に対して左右方向θ２にそれぞれ移動されるようなにっているが、これに限定されるものではなく、この実施例と逆、すなわち第１ゴニオステージ２移動部体２１がＺ軸に対して左右方向に、第２ゴニオステージ２’の移動部体２１がＺ軸に対して上下方向に移動できるようにしてもよい。
【００１４】
４は接触感知機構であり、前記第２ゴニオステージ２’の移動部体２１に固定した台状のブラケット９に搭載されている。
接触感知機構４は、ブラケット９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４０と、この固定ベース４０に対してＺ軸方向に移動可能なテーブル状またはレール状のスライド体４１を備えており、スライド体４１の上部には、光ファイバに接続されている光学部品Ａを固定するためのホルダ４２が取り付けられている。ホルダ４２は任意であり、この例では固定部体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からなっていて、それら固定部体と移動部体により光学部品Ａをその前端面ａがスライド体４１の先端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。
【００１５】
前記スライド体４１と固定ベース台４０は、図３に示すようにＶ溝に硬質ボールを介在したあり方式で組み付けられ、それによりスライド体４１はガタつきなくＺ軸方向に滑らかに精密移動可能となっている。
前記固定ベース台４０の前端部位には、これと一体または別体に突台４３が固定され、また後端部には固定ベース台４０と一体または別体の保持台４５が固定されており、前記突台４３にはスライド体４１の前進限を規定するストッパ４３０が突設されると共に、スライド体４１を常時Ｚ軸方向で前方すなわち光学部品Ｂ方向に付勢する付勢手段４４の一端が支持されている。
【００１６】
前記付勢手段４４として、この例では引張りばねが用いられており、該引張りばねは固定ベース台４０の軸線方向に設けた溝に納められ、他端がスライド体４１の下面所定位置に固定されている。これにより、スライド体４１は常態においてＺ軸前進方向に付勢され、ストッパ４３０に当接することにより初期位置に保持されるようになっている。
【００１７】
なお、上下方向に移動するゴニオステージ２の回転中心は、光学部品Ａの端面ａの垂直方向の延長上に位置するように配置されていることが好ましい。これは回転中心が光学部品Ａの端面ａの寸法外にあると、後述する平行出しのための折り返し点（ピーク値）が求められなくなるからである。左右方向に移動するゴニオステージ２’の回転中心については必ずしも光学部品Ａの端面ａの範囲内にあることは必要ではないが、やはり一般的には光学部品Ａの端面ａの範囲内にあることが好ましい。
【００１８】
一方、前記保持台４５には、変位検出センサ５とクランプ手段６が保持固定されている。前記変位検出センサ５は、光学部品Ａの相手側光学部品Ｂとの接触に即応するスライド体４１の初期位置からのＺ軸方向変位量△Ｚ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６は、この変位検出センサ５で検出されるスライド体４１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、当該スライド体４１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で代表される流体圧アクチュエータが推奨される。
【００１９】
前記変位検出センサ５は、アンプ７００を介して制御手段の一要素としてのコンピュータ７に電気的に接続され、前記Ｚ軸方向の変位量△Ｚの信号を連続的に入力するようになっている。コンピュータ７は変位検出センサ５からのＺ軸方向の変位量△Ｚを表示するモニター回路を有している。
前記コンピュータ７には、また、制御手段としての他の要素である駆動制御用のコントローラ７’が接続されており、このコントローラ７’に前記移動テーブル１のモータ１２の駆動部が接続されるとともに、前記クランプ手段６も電磁弁６０を介して電気的に接続されている。それにより、変位検出センサ５からのＺ軸方向の変位量△Ｚの情報信号に応じて移動テーブル１とクランプ手段６が駆動制御されるようになっている。
【００２０】
また、前記第１ゴニオステージ２と第２ゴニオステージ２’のそれぞれのモータ２４，２４’の駆動部はコントローラ７’に接続されており、これからの信号によって任意の回転角範囲で移動部体２１が移動するように制御される。さらに、前記モータ２４，２４’の駆動部のパルス列は、変位検出センサ５からの信号のサンプリングのトリガ信号としてコンピュータ７に送られるようになっている。
【００２１】
図６と図７は本発明の第２態様を示している。この態様においては、付勢手段４４が圧縮ばねからなっていて、圧縮ばねが保持台４５とスライド体４１との間に介装され、スライド体４１を前進方向に付勢している。その他の構成は第１態様と同じである。
なお、そのほか、付勢手段としては、スライド体４１を初期位置に付勢する手段としてエアシリンダからなるクランプ手段６を利用してもよい。この場合には、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がスライド体４１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、要時にだけピストン側に所定量，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すればよい。
その他は第１態様と同様であるから、同じ部分に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００２２】
図８と図９は本発明の他の態様を示している。この態様においては、接触感知機構４の固定ベース台４０が横向きＬ状となっており、固定ベース台４０の垂直壁部分にスライド体４１があり機構により移動可能に保持されている。
そして接触感知機構４は、この例では、第１ゴニオステージ２の移動部体２１に固定した傾斜面を有するブロック状のブラケット８ａの上搭載固定され、第１ゴニオステージ２は傾斜面を有するブラケット８ｂを介して第２ゴニオステージ２’の移動部体２１に固定されている。そして、第２ゴニオステージ２’の固定部体２０がブラケット８を介して移動ステージ１に搭載されるようになっている。
【００２３】
なお、上記した構成はあくまでも本発明の数例であり、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は能率化や作業性のために第１ゴニオステージ２と第２ゴニオステージ２’の駆動手段としてモータを利用しているが、場合によっては、モータを使用せずダイヤル等を手動で回転させて移動を行なうようにしてもよい。
また、第１態様と第２態様において、ゴニオステージは、図８のように、第１ゴニオステージ２を前面側に、第２ゴニオステージ２’を後面側に配置してもよい。
【００２４】
さらに、本発明においては、移動ステージ１にＺ軸ステージを有していることは必須であるが、必ずしも、ゴニオステージをＺ軸ステージからなる移動ステージ１に直接搭載する場合に限定されず、間接的にＺ軸ステージに搭載する場合を含む。すなわち、図１０のように、Ｚ軸ステージ１ａに上下方向（Ｙ軸）ステージ１ｂと横方向（Ｘ軸方向）ステージ１ｃを併用し、これらのいずれかのステージにゴニオステージ２，２’を直接またはブラケットを介して搭載してもよい。さらには、上下方向（Ｙ軸）ステージ１ｂと横方向（Ｘ軸方向）ステージ１ｃに別の１軸のゴニオステージまたは２軸のゴニオステージ２ａを介在させていてもよい。こうしたステージを併用した場合には、面合せに続いて、光軸の自動調芯も行なうことができる。
【００２５】
図１１は本発明による光学部品の面合せ装置の使用例を示しており、テーブルＴ上の中央に固定台３を立設して光学部品Ｂたとえば両端面を斜めカットした光導波路を固定し、固定台３を境として左側に、移動ステージ１と第１，第２のゴニオステージ２，２’と接触感知機構４からなる本発明装置Ｋ１を配し、固定台３を境として右側に、移動ステージ１と第１，第２のゴニオステージ２，２’と接触感知機構４からなる本発明装置Ｋ２を配し、前記左右の接触感知機構４，４のスライド体４１，４１に第２光学部品Ａ，Ａ’すなわちたとえば、端面を斜めカットした入光側のファイバーアレイを保持させ、３素子の面合せをＺ軸上で実施し得るようにしたものである。
なお、前記移動ステージ１と第１，第２のゴニオステージ２，２’と接触感知機構４の各構成については前述した説明を援用するものとし、対応する部分に同じ符号を付すに止める。
【００２６】
【実施例の作用】
第１態様を例にとって、面合せ作業手順を説明する。図１２はフローチャートを、図１３ないし図１６は各段階の状態を示している。
まず作業にあたっては、固定台３に一方の光学部品Ｂたとえば光学素子をしっかりと固定し、接触感知機構４のスライド体４１にはホルダ４２により他方の光学部品Ａたとえば光学素子を固定する。
この状態でスタートする。まず移動ステージ１のモータ１２を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を介して移動テーブル１１はＺ軸方向へ移動する。
この移動テーブル１１にブラケット８により第１ゴニオステージ２と第２ゴニオステージ２’および接触感知機構４が搭載されているので、これらも前方向へ移動し、接触感知機構４のスライド体４１に載置固定されている光学部品Ａも前進し、固定台４の光学部品Ｂに近づいてゆく。この移動時には、変位検出センサ５によりスライド体４１の位置のモニタリングを開始する。これが図１３（ａ）の状態であり、光学部品Ａ，Ｂが接触していないためスライド体４１は付勢手段４４により支持台４３のストッパに当接されたままになっており、変位検出センサ５で検出される変位量は一定で変化がない。
【００２７】
次に、接触感知機構４のスライド体４１に載置固定されている光学部品Ａが固定台３に固定されている光学部品Ｂと接触すると、この瞬間スライド体４１は付勢手段４４の付勢力に抗して後方に押される。このときのスライド体４１のＺ軸方向の変位量△Ｚが変位検出センサ５により検出される。これはたとえば、光学部品Ａと光学部品Ｂとが接触していない時に検出されるスライド体４１の後端面と変位検出センサ５の間隔（変位量）△Ｚが１０μmであるとすると、接触した時には、光学部品Ｂはスライド体４１を介して後方に押されたとえば△Ｚが５μmとなるので、接触が検出できるのである。この検出データはアンプ７００を介してコンピュータ７に逐次送られる。これが図１３（ｂ）の状態である。
【００２８】
このようにして光学部品Ａと光学部品Ｂとの接触が検出されると、次に、第１ゴニオステージ２のモータ２４を所定の微少角度範囲において正転方向と逆転方向に駆動し、それと同時に、変位検出センサ５によりＺ軸方向の変位量△Ｚをサンプリングしてコンピュータ７にて読み取る。
なお、前記Ｚ軸方向の変位量△Ｚは、ゴニオステージのモータ２４の角度微動をパルス列としてコンピュータ７に送りこみ、このパルス列をトリガとして変位検出センサ５のアナログ信号をサンプリングすることにより行なえばよい。
【００２９】
本発明は、こうすることにより、光学部品Ａと光学部品Ｂ同士の傾きによるギッャププロフアイルを最小位置に自動位置決めするものである。
すなわち、モータ２４を正転側に駆動すれば、ウオームギヤ２３の回転によりウオームホイール２２およびこれと一体化している移動体２１が固定体２０に対して弧状に変位する。この状態が図１４（ａ）であり、移動体２１に固定されている第２ゴニオステージ２’と接触感知機構４は一体に弧状に変位し、それにより、接触しあっている光学部品Ａと光学部品Ｂの関係が図１４（ｂ）のように変化する。図中の＋の印は第１，第２ゴニオステージ２，２’の回転中心位置である。
【００３０】
実線のように当初光学部品Ａと光学部品Ｂが図上で上端位置ａ１で接触していたとすると、正転方向の移動により、鎖線のように上端位置ａ１，ｂ１は離間し、光学部品Ｂは上端位置ａ１，ｂ１と最も遠隔な位置ａ２，ｂ２が接近することになる。この結果、付勢手段４４の付勢力によりスライドテーブル４１が前方に変位するので、Ｚ軸方向変位量△Ｚが変化し、△Ｚの値は微動角度移動前の△Ｚの値よりも大きくなる。所定の正方向回転限からゴニオステージ２を逆転方向に移動させると、このときには位置ａ１，ｂ１が接触する方向の回転であるため、図１４（ｃ）からわかるようにＺ軸方向変位量△Ｚは小さくなる。
【００３１】
以上の正逆回転時の変位検出センサ５の変位量△Ｚは連続的にコンピュータ７のモニターに表示され、あるいは数値として表示される。そこで、かかる変位検出センサ５の値を監視していれば、回転中心が光学部品Ｂの端面領域内にある限り、Ｚ軸方向変位量△Ｚは図１４（ｄ）のような曲線を描くことになり、△Ｚはピーク値が存在する。このピーク値は光学部品Ａと光学部品Ｂの端面同士が最も平行になつたときである。
このピーク値を検出したならば、コンピュータ７からコントローラ７’に信号が送られ、第１ゴニオステージ２のモータ２４を駆動して、ピーク位置の回転角まで移動体２１を移動させて停止させる。これで、位置決めされ、一軸の平行出しがなされたことになる。
【００３２】
そこで次に、第１ゴニオステージ２と直交している第２ゴニオステージ２’のモータ２４’を駆動し、ウオームギヤ２３の回転によりウオームホイール２２およびこれと一体化している移動体２１を固定体２０に対して弧状に変位させる。この状態が図１５（ａ）であり、移動体２１に固定されている接触感知機構４は一体に弧状に変位し、それにより、接触しあっている光学部品Ａと光学部品Ｂの関係が正転・逆転によって図１５（ｂ）（ｃ）のように変化する。これにより前記第１ゴニオステージの場合と同じように、光学部品Ａと光学部品Ｂの相対的回転角変位により、Ｚ軸方向変位量△Ｚが変化し、図１５（ｄ）のようにやはりＺ軸方向変位量△Ｚは曲線を描くことになり、△Ｚはピーク値が存在する。このピーク値は光学部品Ｂの端面と最も平行になつたときである。
このピーク値を検出したならば、コンピュータ７からコントローラ７’に信号が送られ、第２ゴニオステージ２’のモータ２４’を駆動して、ピーク位置の回転角まで移動体２１を移動させて停止させる。これで、もう一軸の平行出しがなされたことになる。
なお、前記第１第２のゴニオステージ２，２’の駆動時に、Ｚ軸方向変位のピーク値が検出されなかったときには、正逆回転の角度範囲を適量広げればよい。
【００３３】
以上の手順で面合せが完了する。そこで次に、変位検出センサ５の値を検出しながら、移動ステージ１を駆動して移動テーブル１１を後退させる。こうすれば、図１６（ａ）のように、移動テーブル１１の後退により、最初は付勢手段４４が働いてＺ軸方向変位量△Ｚが比例的に増加するが、光学部品Ａと光学部品Ｂの接触ポイントに達した以降は、△Ｚの値は変化せずに一定値となる。
そこで、コントローラ７’からの信号により、図１６（ｂ）のように、この変位検出センサ５の値が変化しなくなったポイントからさらに所定距離Ｌに至るまで移動ステージ１１を後退させ、光学部品Ａと光学部品Ｂ同士が離れる位置で移動ステージ１を停止させる。
次に、コントローラ７’からの信号で電磁バルブ２４を作動させる。これにより接触感知機構４のクランプ手段６がオンとなってピストンロッドが伸長し、それによりスライド体４１は位置が固定される。
【００３４】
このクランプ手段６のロック動作により、図１６（ｃ）のようにひずみ△Ｌが発生するので、これを変位検出センサ５で読み取り、接触ポイントまでの距離Ｌ−△Ｌでロックした後の接触ポイントをコンピュータ７で認識する。
この後、移動テーブル１１をＬ−△Ｌ前進させるもので、これにより面合せされた光学部品Ａと光学部品Ｂ同士がピッタリ接触した状態となる。
あとは、次の工程としての調芯工程に移行すればよい。
【００３５】
図１１に示すように本発明装置ＫＩ，Ｋ２を固定台３の左右に配置したときには、本発明装置ＫＩについて前述したような操作を行なうことにより第１のファイバーアレイＡと光導波路Ｂの左端面とを面合せし、次いで本発明装置Ｋ２について前述したような操作を行なうことにより第２のファイバーアレイＡ’と光導波路Ｂの右端面とを面合せすればよい。
移動ステージ１とゴニオステージ２，２’をＺ軸方向あおり機構として使用し、そのあおりに追従するＺ方向の変位検出を別の独立した機構とした場合には２つの素子同士の面合せしかすることができないが、本発明によれば、３素子の面合せを簡単、迅速かつ精密に行なうことができる。
【００３６】
次に本発明の装置を使用して面合せを実施した具体例を示す。
装置として図１と図２に示すものを使用し、接触感知機構によってタッチさせた試料同士の接合面を２軸ゴニオステージ（θｘ，θｙ）を角度微動させ、そのパルス列をトリカとしてＺ軸方向の変位検出センサからのアナログ信号をサンプリングし、試料同士の傾きによるギャッププロファイルの最少位置に自動位置決めした。
移動ステージとしては変位分解能０．０５μm／パルスのＺ軸ステージを使用し、変位検出センサとしては、変位分解能が０．４μmの渦電流式センサを使用し、第１、第２ゴニオステージとしては、分解能０．００１５°／パルスのものを使用した。コンピュータとしては、Ａ／Ｄ変換ボード１２ビットの仕様のものを使用した。
【００３７】
試料としては、テーブル上の固定台には１０（ｌ）×１０（ｗ）×２（ｔ）ｍｍ、端面を垂直方向に８°にカットしたガラスを固定し、本発明装置の接触感知機構４のスライドテーブル４１にも同じガラス（入射側）を固定し、第１、第２ゴニオステージを０．３度傾けた状態にセットして、θｘ（上方から見た面合せ）とθｙ方向（側方から見た面合せすなわち８°カット方向）の自動面合せを１００回行い、最終傾き調整後のゴニオステージの位置決めポジションをプロットした。
面合せタクトタイム（θｘ方向プラスθｙ方向の平均値）は３３秒であった。また、θｘの最大値と最小値およびバラツキ度、おなじくθｙのそれは以下のとおりであった。
【００３８】
θxについて：
最大値＝０.００６６５
最小値＝−０.０００９５
バラツキ度＝０.００７６
θyについて：
最大値＝−０.０１１２５
最小値＝−０.００５８５
バラツキ度＝０.０４７２５
この結果から、本発明装置は短時間できわめて精度のよい面合せを行なえることがわかる。なお、θｘ方向とθｙ方向での面合せバラツキ度合いが異なるのは、試料の８°カット面の面幅が少ないために分解能が減少したためであり、装置の性能ではないことが理解できよう。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によるときには、面合せすべき光学部品の端面同士をＺ軸方向の変位検出センサを備えた接触感知機構によって接触させ、この接触状態のもとで光学部品を一方のゴニオステージによって微小角度変位させ、変位検出センサからの信号をサンプリングすることにより変位量のピーク値を測定し、次いで、前記ゴニオステージと直交する他のゴニオステージによって微小角度変位させ、変位検出センサからの信号をサンプリングすることにより変位量のピーク値を測定し、それらピーク値に対応する角度にゴニオステージで位置修正することにより光学部品同士の傾きによるギャッププロフィルの最小位置に位置決めすることができるため、次のようなすぐれた効果が得られる。
【００４０】
ａ．光学部品同士の面合せ平行出しを、単一の変位検出センサだけで短時間に精密に行なうことができ、しかも２軸のゴニオステージとこれによる角度変化に追従するＺ軸方向変位検出センサが同一側（第２部品側）にあるので、３部品の面合せも簡単に精度よく行なことができる。
ｂ．光学部品同士の面合せ平行出しと接触位置をゴニオステージの回転角度（ポジショニング）と軸方向変位検出センサの位置情報によって数値化することができるので自動化に適している。
ｃ．ゴニオステージを用いているため、面合せ後の角度のクランプ手段は不要であり、かつまた、高価な画像処理装置やＣＣＤカメラなども不要であるから、安価に実施することができる。
ｄ．光導波路、ファイバーアレイ，ＬＤ、ＰＤ、インラインアイソレータ、プリズムなどあらゆるデバイスに適用でき、斜めカットの面合せに自在に対応でき、面合せすべき光学部品の部分的な欠けや面だれによる誤認識がなく、精密に面合せを行なえる。
ｅ．重力による影響がなく、水平姿勢での面合せを行なうことができ、芯合せ工程とのマッチングが容易であるとともに、溶接や接着の機器とのマッチングが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学部品の面合せ装置の第１態様を示す部分切欠側面図である。
【図２】同じく本発明による光学部品の面合せ装置の第１態様を示す平面図である。
【図３】第１態様における接触感知機構の分解斜視図である。
【図４】本発明におけるゴニオステージの分解斜視図である。
【図５】本発明におけるゴニオステージの回転中心と回転角の関係を示す側面図である。
【図６】本発明による光学部品の面合せ装置の第２態様を示す部分切欠側面図である。
【図７】第２態様における接触感知機構の分解斜視図である。
【図８】本発明における他の態様を示す分解斜視図である。
【図９】図８の組立状態を示す斜視図である。
【図１０】本発明で使用し得る他のステージの斜視図である。
【図１１】本発明装置の適用例を示す側面図である
【図１２】本発明装置による面合せのフローチャートである。
【図１３】面合せ工程の第１段階示す説明図であり、（ａ）は光学部品の接触前の状態を、（ｂ）は光学部品の接触時の状態を示している。
【図１４】面合せ工程の第２段階示す説明図であり、（ａ）は１軸目のゴニオステージを作動した状態を、（ｂ）は正転時の光学部品の状態変化を、（ｃ）は逆転時の光学部品の状態変化を、（ｄ）は正転・逆転時のＺ軸方向の変位量とゴニオステージの回転角の関係を示す線図である。
【図１５】面合せ工程の第２段階示す説明図であり、（ａ）は２軸目のゴニオステージを作動した状態を、（ｂ）は正転時の光学部品の状態変化を、（ｃ）は逆転時の光学部品の状態変化を、（ｄ）は正転・逆転時のＺ軸方向の変位量とゴニオステージの回転角の関係を示す線図である。
【図１６】面合せ工程の第３段階示す説明図であり、（ａ）はＺ軸ステージを後退させた時の距離と変位検出センサーＺ軸方向の変位量との関係を示す線図、（ｂ）は接触感知機構のロツク手段を作動させた場合の変位検出センサーＺ軸方向の変位量の変化を示す線図である。
【符号の説明】
１移動ステージ
２第１ゴニオステージ
２’ 第２ゴニオステージ
４接触感知機構
５変位検出センサ
６クランプ手段
７コンピュータ
８，９ブラケット
４１スライド体
４４付勢手段

Claims

面合せすべき光学部品の第１部品Ｂに対して第２部品Ａを接近する方向（Ｚ軸方向）に移動しうる移動ステージ１と、
該移動ステージ上に搭載され、第２部品ＡをＺ軸と直交する２軸方向に所望回転角移動させるための第１と第２のゴニオステージ２，２´と、
前記ゴニオステージ２´の自由面側に設けられていて、第２部品Ａを保持するスライド体４１と、該スライド体４１をＺ軸方向に付勢する付勢手段４４と、部品同士の接触にともなうスライド体４１の付勢手段４４の力に抗してのＺ軸方向変位量および前記ゴニオステージ２，２´の回転角移動に伴うスライド体４１の付勢手段４４の力に抗したＺ軸方向変位量を検出する変位検出センサ５とを備えた接触感知機構４と、
前記変位検出センサ５と電気的に接続され、第１部品Ｂと第２部品Ａの接触検知後のゴニオステージ２，２´の回転角移動に伴って検出されたスライド体４１のＺ軸方向連続的変位量のピークを求め、このピーク位置に相当する角度にゴニオステージ２，２´を回転角移動させるための制御手段を有していることを特徴とする光学部品の面合せ装置。
移動ステージ１がＺ軸ステージからなり、前記ゴニオステージ２はＺ軸ステージ上にＺ軸と直角方向に伸びるブラケット８を介して固定され、前記接触感知機構４は、ゴニオステージ２´の自由面側に設けたブラケット９を介して固定されていている請求項１に記載の光学部品の面合せ装置。
移動ステージ１がＺ軸ステージに加えて少なくともＺ軸と直交する２軸のステージ２ａを有し、前記ゴニオステージ２は前記ステージ上に固定され、前記接触感知機構４は、ゴニオステージ２´の自由面側に設けたブラケット９を介して固定されているものを含む請求項１に記載の光学部品の面合せ装置。
接触感知機構４がさらに面合せ状態のスライド体の位置をロックするクランプ手段６を有している請求項１または請求項３に記載の光学部品の面合せ装置。