JP4127986B2 - 調芯固定方法および調芯固定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用の光素子モジュールの製造方法及びその製造装置に関し、特に、光素子モジュールの調芯固定方法及び調芯固定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光素子からの発光をレンズで集光して光ファイバに入射させる通信用光素子モジュールでは、良好な光結合を得るために、特に、光素子とレンズとの光軸調整を行った後に両部品の接合を行っている。
【0003】
図7は、全体が500で表される、従来の調芯固定装置の概略図である。調芯固定装置500は、2つのレーザヘッド部搭載ステージ4、光素子調芯ステージ5、及びレンズクランプ部搭載ステージ23からなる。
ヘッド部搭載ステージ4上には、レーザヘッド4a、4bがそれぞれ設けられている。また、光素子調芯ステージ5上には、光素子取り付けカセット8が設けられている。光素子取り付けカセット8には凹部が設けられ、その中に光素子9が載置された基板11が嵌めこまれる。
【0004】
レンズクランプ部搭載ステージ23は、レンズクランプ3を有し、レンズ10が低融点ガラスで固定されたレンズホルダ13が、レンズクランプ3により光素子取り付けカセット8上に運ばれる。図8(a)に示すように、光素子9が載置された基板11の側面のレンズ取り付け位置(接合面)12上に、レンズホルダ13が載せられる。
【0005】
光素子取り付けカセット8の上方には、対物レンズ7を備えた撮像カメラ6が載置されている。かかる撮像カメラ6を用いて、光素子9とレンズ10との光軸調整が行われた後、レンズ取り付け位置12上にレンズホルダ13が固定される。
これにより、図8(b)に示すように、光素子9の光軸とレンズ10の光軸とが一致した光素子モジュールが得られる。かかる光素子モジュールを用いることにより、光素子9からの発光を、その光軸40上に配置された光ファイバ21に入射させることができる。
【0006】
次に、図9を参照しながら、調芯固定装置500を用いた調芯固定方法について説明する。調芯固定方法は、(1)光素子位置合わせ工程、(2)レンズ位置合わせ工程、及び(3)溶接固定工程からなり、各工程について以下に説明する。
【0007】
(1)光素子位置合わせ工程:図9(a)に示すように、光素子9が載置された基板11を光素子取り付け用カセット(図示せず)に固定した状態で、光素子9を発光させる。光素子9は、例えば、半導体レーザや発光ダイオードからなる。光素子9からの発光は、対物レンズ7で集光されて、光素子取り付け用カセットの上部に設けられた撮像カメラ6に入る。
符号31は、撮像カメラ6の視野を示す。光スポット32が視野31の基準位置に来るように、光素子調芯ステージ(図示せず)の位置を調整して、光軸40の調芯を行う。
【0008】
(2)レンズ位置合わせ工程:図9(b)に示すように、レンズクランプ3により、レンズホルダ13に固定されたレンズ10を基板11上に載置する。光素子9から出射された発光は、レンズ10を通った後に対物レンズ7で集光されて撮像カメラ6に入射する。続いて、撮像カメラ6を上下方向に移動させて、撮像カメラ6の視野31上の光スポット32のピントを合わせる。
【0009】
(3)溶接固定工程:レーザヘッド(図示せず)からレーザ光を照射して、光素子9を搭載している基板11とレンズホルダ13とを溶接して固定する。
以上のような工程で、光素子6とレンズ10とが一体化された光素子モジュールが完成する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、基板11上の所定の位置にレンズホルダ13を載置した場合であっても、光素子6の基板11に対する実装精度のばらつきや、レンズホルダ13に対するレンズ10の実装精度のばらつきにより、図9(b)に示すように、光スポット32が視野31の基準位置からずれる場合がある。即ち、光素子6の光軸40とレンズ10の主軸42が合わない場合がある。
【0011】
そのため、レンズホルダ13の位置を移動させ、光スポット32を視野31の基準位置に合わせる。即ち、光素子9の光軸40とレンズ10の主軸42を合わせる(光軸調整)。しかしながら、光軸調整時、図10(b)に示すように、(α)の状態から(β)の状態になるようにレンズホルダ13を移動させると、レーザ溶接時、レンズホルダ13の両側に生成される接合部15a、15bが両側で不均一となり(図10(α)(β))、レーザ溶接不良や、接合面のずれによる光軸ずれが発生するという問題があった。
【0012】
前項の問題を回避するため、レンズホルダ13の位置を固定しておいて、光素子9を載置した基板11の位置を移動させて、光軸を一致させることもできる。即ち、レンズ10の主軸42を基準として、光素子9の光軸を合わせる。この場合、次の手順で行う。図11において、点A、B、Cは、撮像カメラ上の点であり、点Aはレンズ10を配置する前の光素子9の光軸位置、点Bはレンズ10を配置した後の光軸の位置である。光素子9を移動させて光軸を合わせるためには、図11に示される点A、点Bの位置、及びレンズ倍率からレンズの主点位置(点C)を求め、ここに、光素子9の光軸が合うように、光素子9を移動させる必要がある。ここで、レンズ倍率は、光素子9とレンズ10の主点位置の距離a、レンズ10の焦点距離から計算できる。しかしながら、光素子9の基板に対する実装精度のばらつき等により、光素子9とレンズ10の主点位置の距離aがばらつくため、レンズ倍率が一意に定まらない。そのため、この方法では、一意にレンズ主点(点C)位置、即ち、光軸調芯ターゲット位置を定めることができないという問題がある。
【0013】
そこで、本発明は、第1に、光素子を固定した状態でレンズを動かして光軸調整を行う光軸の調芯固定において、溶接不良の発生を防止した調芯固定方法及び装置を提供することを目的とする。第2に、レンズを固定した状態で光素子を動かして光軸調整を行う光軸の調芯固定において、光素子やレンズの実装精度に影響されない調芯固定方法及び装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、光デバイスと光学レンズの光軸を、調芯、固定する方法において、光デバイスを保持する工程と、該光デバイスの発光面に対向するように撮像装置を配置する工程と、該光デバイスを発光させて、その光軸が該撮像装置と交わる基準位置を検出する工程と、該光デバイス上に、光学レンズを保持する工程と、該光学レンズを通過する該光軸が該撮像装置と交わる検出位置を検出する工程と、該光デバイスまたは該光学レンズを移動させて、該検出位置を該基準位置に一致させる移動工程と、該移動工程後に、該光デバイスと該光学レンズにレーザヘッドからレーザ光を照射して、該光デバイス上に該光学レンズを接合する工程とを含み、該移動工程が、該レーザヘッドと該光学レンズとの相対的な配置を変えずに、該光学レンズを移動させる工程、または該レーザヘッドと該光学レンズを固定し、該光デバイスを移動させる工程であることを特徴とする調芯固定方法である。
かかる方法を用いることにより、光デバイスと光学レンズとを均一に溶接することができるため、溶接不良や光軸ずれ等を防止できる。
ここで、光デバイスには、基板に固定された光素子等が該当する。
【0015】
上記移動工程は、上記光学レンズを保持する保持具と上記レーザヘッドとを同一支持台上に設け、該支持台を移動させる工程であることが好ましい。
【0016】
また、本発明は、光デバイスと光学レンズとの光軸を一致させて固定する調芯固定装置において、光デバイスが固定された固定具と、該光デバイスからの発光が入射するように配置された撮像装置と、該光デバイス上に、光学レンズが保持された保持具と、該光デバイスと該光学レンズにレーザ光を照射して、該光デバイス上に該光学レンズを接合するレーザヘッドと、該保持具と該レーザヘッドとが載置された支持台とを含み、該支持台を移動させて、該光デバイスの光軸上に該光学レンズの位置を調芯して、該光デバイスと該光学レンズとを該レーザ光で溶接する、又は該光デバイスを移動させて、該光デバイスと該光学レンズとの光軸を一致させ、該光デバイスと該光学レンズとを該レーザ光で溶接することを特徴とする調芯固定装置でもある。
かかる調芯固定装置を用いることにより、光デバイスと光学レンズを良好に接合することができる。この結果、信頼性が高く、光軸合わせの精度の高い光モジュールを得ることができる。
【0017】
上記レーザヘッドと上記光学レンズとの相対的な配置は、一定に保たれる。
【0018】
上記レーザヘッドは、該レーザヘッドの位置の微調整を行うステージを含むことが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかる調芯固定装置の概略図である。図1中、図7と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
図1に示すように、調芯固定装置100は支持台1を有し、支持台1の下方にはレンズ保持部調芯ステージ2が設けられている。支持台1の上には、レンズクランプ機構3を備えたレンズクランプ部搭載ステージ23と、レーザヘッド4a、4bを備えた2つのレーザーヘッド部搭載ステージ4とが設けられている。
【0020】
また、調芯固定装置100は、光素子調芯ステージ5を含む。光素子調芯ステージ5上には、着脱式の光素子取り付け用カセット8が載置されている。光素子取り付け用カセット8は凹部(図示せず)を備え、光素子9が搭載された基板11がかかる凹部内に挿入されて保持される。
【0021】
一方、光素子調芯ステージ5の上方には、例えば赤外線カメラからなる撮像カメラ6と対物レンズ7とが設けられている。これらは、光素子9の光軸調整に用いられる。
【0022】
図2には、調芯固定装置100を含む制御システムを示す。図2は、撮像光学系、レンズ位置合わせ部、光素子位置合わせ部、全体制御装置20、光素子駆動電源部18、位置合わせ機構駆動部19、画像処理部17で構成される。
【0023】
撮像光学系は、撮像カメラ6、対物レンズ7、及び光素子の光軸方向であるZ軸方向に移動する移動機構16を含む。
【0024】
レンズ位置合わせ部は、レンズホルダ13を保持するレンズクランプ3、レンズクランプ部搭載ステージ23を含む。レンズクランプ部搭載ステージ23は、XYZの3方向に移動可能な移動機構である。
【0025】
光素子位置合わせ部は、光素子9を搭載している基板11を保持、固定する光素子取り付け用カセット8、光素子調芯ステージ5を含む。光素子調芯ステージ5は、XYの2方向に移動可能な移動機構である。
【0026】
レーザヘッド4a、4bは、個別に照射位置を調整できるように、XYZ方向に位置調整が可能なレーザヘッド部搭載ステージ4に載置されている。レーザヘッドとレンズ位置合わせ部は、同一の保持台1上に搭載されている。
【0027】
図2に示すように、撮像カメラ6は、画像処理部17に接続される。画像処理部17において、入力画像データの重心演算等を行なってデータを算出する。全体処理装置20は、得られたデータを元に、レンズホルダ13の位置補正量を算出して、そのデータを位置合わせ機構駆動部19に出力する。位置合わせ機構駆動部19では、入力されたデータを元に内蔵のモータ等を駆動し、レンズホルダ13又は光素子10の位置合わせを行う。
【0028】
次に、本実施の形態1にかかる調芯固定装置100を用いた調芯固定方法について、図3を参照しながら説明する。
【0029】
(1)部品の搭載、及び調芯準備工程(図3(a)):光素子9が載置された基板11を、光素子取り付け用カセット8の凹部に取り付けた後、光素子取り付け用カセット8を光素子調芯ステージ5に取り付ける。次に、光素子9を発光させ、その光軸31の位置(基準位置)を、対物レンズ7を通して撮像カメラ6により検出する。
【0030】
(2)レンズの取り付け工程(図3(b)):レンズクランプ機構部3に、レンズホルダ13を取り付ける。
次に、撮像カメラ6をZ軸方向に移動させて、光素子9から出射した光のピントが、撮像カメラ6上で合うようにし、その点を検出位置とする。
続いて、検出位置が基準位置と一致するように、保持台1の位置を微調整する。かかる工程では、レーザヘッド4a、4bの位置は、レンズホルダ13の位置とともに移動するため、レーザヘッド4a、4bとレンズホルダ13との相対的な位置は変化しない。
【0031】
(3)溶接固定工程(図3(c)):レーザヘッド4a、4bからレーザ光30a、30bを照射して、基板11とレンズホルダ13とを溶接する。
【0032】
図4(a)に、上述の溶接固定工程の概略図を示す。(α)(β)はいずれも光素子9とレンズ10との光軸を調整した状態であるが、(α)の場合に比べて、(β)の場合は、レンズホルダ13が基板11に対して左側にずれている。これは、光素子9やレンズ10の実装精度のばらつきに起因するものである。
しかしながら、本実施の形態にかかる調芯固定装置100では、レンズホルダ13とレーザヘッド4a、4bとの相対的な位置が変わらないため、(β)の場合でもレンズホルダ13の両側に均等にレーザビーム30a、30bを照射することができる。このため、上述の図10の場合とは異なり、レンズホルダ13の両側にほぼ均等な溶接部15a、15bを形成することができる。よって、レーザの照射位置ずれや焦点位置ずれに起因する溶接不良等の発生を防ぐことができる。
【0033】
実施の形態2.
図5は、全体が200で表される、本実施の形態にかかる調芯固定装置の概略図である。図5中、図1と同一符号は同一又は相当箇所を示す。
調芯固定装置200は、着脱式の光素子取り付け用カセット8及び撮像カメラ6を備えた光素子調芯ステージ5と、レンズクランプ3を備えたレンズクランプ部搭載ステージ23と、レーザヘッド4a、4bを搭載したレーザヘッド部搭載ステージ4から構成されている。
光素子取り付け用カセット8は、光素子調芯ステージ5上に載置されたフレーム25の上に着脱可能なように固定される。フレーム25には、撮像カメラ6が取り付けられ、撮像カメラ6が光素子取り付け用カセット8の上方に固定されている。撮像カメラ6には、対物レンズ7が設けられている。
【0034】
調芯固定装置200の制御システムは、上記実施の形態1と同じく、図2に示される。撮像カメラ6は、画像処理部17に接続される。画像処理部17において、入力画像データの重心演算等を行ってデータを算出する。全体処理装置20は、得られたデータを元に、光素子10の位置補正量を算出して、そのデータを位置合わせ機構駆動部19に出力する。位置合わせ機構駆動部19では、入力されたデータを元に内蔵のデータ等を駆動し、光素子10の位置合わせを行う。
【0035】
次に、本実施の形態2にかかる調芯固定装置200を用いた調芯固定方法について説明する。
【0036】
(1)部品の搭載、及び調芯準備工程:上記実施の形態1の場合と同じである。かかる工程で、光素子9を発光させる。図6に示すように、光軸40が撮像カメラ(図示せず)と交わる位置を、基準位置Aとする。
【0037】
(2)レンズの取り付け工程:レンズクランプ部3に、レンズホルダ13を取付ける。
次に、撮像カメラ6をZ軸方向に移動させて、光素子9から出射された光のピントが、撮像カメラ6上で合うようにし、その点を検出位置Bとする。
続いて、検出位置Bが基準位置Aと一致するように、フレーム25を移動させる。このように、フレーム25を移動させると、光素子9と撮像カメラ6が、相対的な配置を変えることなく移動する。この結果、図6に示すように、最初に検出した基準位置Aに、検出位置Bが一致するようにすればよい。
【0038】
図6に示すように、単に、検出位置Bが基準位置Aに一致するようにフレーム25を移動させればよく、従来の方法のように、レンズ倍率等を考慮する必要はなく、正確に光軸を調整できる。
【0039】
なお、レーザヘッド4a、4bとレンズホルダ13は、共に移動させないため、相対的な位置関係は変化しない。そのため、最初に、レンズホルダ13の両側に、接続部15a、15bを均等に形成するよう、レンズホルダ13に対して、レーザヘッド4a、4bの位置を設定しておけばよい(図4参照)。
【0040】
(3)溶接固定工程:レーザヘッド4a、4bからレーザ光30a、30bを照射して、基板11とレンズホルダ13とを溶接する。
【0041】
実施の形態3.
図4(a)(b)に表される光素子9を搭載した基板11と、その上に結合されるレンズ等の光学部品のうち、レーザヘッドと共に移動するのは、接合面の面積の小さい方であることとする。
即ち、光学部品の接合面積が小さい場合、レーザヘッドと共に移動するのは、光学部品であるとする。本事例として、例えば、実施の形態1(図1)が挙げられる。
また、光素子を搭載した基板の接合面積が小さい場合、レーザヘッドと光デバイスと撮像装置が共に動く構造とする。本事例として、例えば、実施の形態2(図5)において、光素子調芯ステージ5上に載置されたフレーム25の上に、光素子取り付け用カセット8、撮像カメラ6に加え、レーザヘッド4a、4bが取り付けられる構造が挙げられる。
【0042】
図4(a)(b)の(α)(β)はいずれも光素子9とレンズ10との光軸を調整した状態であるが、(α)の場合に比べて(β)の場合は、レンズホルダ13が基板11に対して左側にずれている。これは、光素子9やレンズ10の実装ばらつきに起因するものである。
しかしながら、本実施の形態にかかる上述の調芯固定装置では、レーザヘッド4a、4bと接合面の面積の小さい方の部品との相対的な位置関係が変わらないため、接合面の面積の小さい方の部品に対し、均等にレーザビーム30a、30bを照射することができる。このため、接合面の面積の小さい方の部品の両側に均等な溶接部15a、15bを形成することができる。よって、レーザの照射位置ずれや焦点ずれに起因する溶接不良や光軸ずれの発生を防ぐことができる。
また、光素子9と撮像カメラ6が相対的な位置を変えることなく移動するため、従来の方法のように、レンズ倍率を考慮する必要がなく、正確に光軸を調整できる。
【0043】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光デバイスと光学部品を、均一に溶接することができる。
【0044】
また、本発明によれば、光学部品を固定し光デバイスを移動させて光軸合わせを行う場合にも、正確に光軸合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1にかかる調芯固定装置の概略図である。
【図2】 本発明の実施の形態1にかかる調芯固定装置を含む制御システムである。
【図3】 本発明の実施の形態1にかかる調芯固定方法の工程図である。
【図4】 本発明の実施の形態1にかかる調芯固定方法の工程図である。
【図5】 本発明の実施の形態2にかかる調芯固定装置の概略図である。
【図6】 本発明の実施の形態2にかかる調芯固定方法の工程図である。
【図7】 従来の調芯固定装置の概略図である。
【図8】 従来の調芯固定方法の工程図である。
【図9】 従来の調芯固定方法の工程図である。
【図10】 従来の調芯固定方法の工程図である。
【図11】 従来の調芯固定方法の工程図である。
【符号の説明】
1 支持台、2 レンズ保持部調芯ステージ、3 レンズクランプ、4 レーザヘッド部搭載ステージ、 4a、4b レーザヘッド、5 光素子調芯ステージ、6 撮像カメラ、7 対物レンズ、8 光素子取り付け用カセット、9 光素子、10 レンズ、11 基板、12 レンズ取り付け位置、13 レンズホルダ、15a、15b 溶接部、16 移動機構、17 画像処理装置、18 光素子駆動用電源、19 位置合わせ機構駆動部、20 全体処理部、30a、30b レーザ光、100 調芯固定装置。
Claims (5)
- 光デバイスと光学レンズの光軸を、調芯、固定する方法において、
光デバイスを保持する工程と、
該光デバイスの発光面に対向するように撮像装置を配置する工程と、
該光デバイスを発光させて、その光軸が該撮像装置と交わる基準位置を検出する工程と、
該光デバイス上に、光学レンズを保持する工程と、
該光学レンズを通過する該光軸が該撮像装置と交わる検出位置を検出する工程と、
該光デバイスまたは該光学レンズを移動させて、該検出位置を該基準位置に一致させる移動工程と、
該移動工程後に、該光デバイスと該光学レンズにレーザヘッドからレーザ光を照射して、該光デバイス上に該光学レンズを接合する工程とを含み、
該移動工程が、該レーザヘッドと該光学レンズとの相対的な配置を変えずに、該光学レンズを移動させる工程、または該レーザヘッドと該光学レンズを固定し、該光デバイスを移動させる工程であることを特徴とする調芯固定方法。 - 上記移動工程が、上記光学レンズを保持する保持具と上記レーザヘッドとを同一支持台上に設け、該支持台を移動させる工程であることを特徴とする請求項1に記載の調芯固定方法。
- 光デバイスと光学レンズとの光軸を一致させて固定する調芯固定装置において、
光デバイスが固定された固定具と、
該光デバイスからの発光が入射するように配置された撮像装置と、
該光デバイス上に、光学レンズが保持された保持具と、
該光デバイスと該光学レンズにレーザ光を照射して、該光デバイス上に該光学レンズを接合するレーザヘッドと、
該保持具と該レーザヘッドとが載置された支持台とを含み、
該支持台を移動させて、該光デバイスの光軸上に該光学レンズの位置を調芯して、該光デバイスと該光学レンズとを該レーザ光で溶接する、又は該光デバイスを移動させて、該光デバイスと該光学レンズとの光軸を一致させ、該光デバイスと該光学レンズとを該レーザ光で溶接することを特徴とする調芯固定装置。 - 上記レーザヘッドと上記光学レンズとの相対的な配置が一定に保たれることを特徴とする請求項3に記載の調芯固定装置。
- 上記レーザヘッドが、該レーザヘッドの位置の微調整を行うステージを含むことを特徴とする請求項3または4に記載の調芯固定装置。
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