JP4293087B2 - 光ファイバアライメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバアライメント装置に関する。より詳細には、レーザダイオードからの発射光を直接光ファイバ端面に入射させる光ファイバアライメント装置に関する。

最近広く使用されている光ファイバではあるが、その構成は、反射率の高いコア部分とそれを包み反射率の低いクラッド部分とから成っており、中心部分をコア部分、その外側をクラッド部分という。その中には、パンダファイバのように偏波光の角度を重要視するものや、先端加工光ファイバと呼ばれる光ファイバ先端の端面部分を様々な形状に加工したものなど、光ファイバの一部分において必ずしも光ファイバ軸を中心に全方向に対称になっていないものも少なくない。

そういった光ファイバを使用する場合、必ず光ファイバ端面での光ファイバ軸に対する回転方向の角度調整というものが生じてくる。この角度は線対称となる前述の光ファイバにとっては非常に重要であり、その精度は製品の良否に多大な影響を与える。この場合の角度調整方法として、光ファイバを角度調整する際に使用されるアライメント装置の回転ステージには種々あるが、主に下記2種類が使用されている。
（１）前記回転ステージのみのタイプ、つまり、手動で回転板などを回すことで、光ファ
イバ軸の回転角度調整を行うタイプがある。
（２）回転ステージと微調整用ユニットを保持しているが、その連結は、直結やベルト、
ギヤといった方法であり、回転ステージ自体が装置に完全固定され、光ファイバのみを取
り外しするタイプがある。（特許文献1および特許文献2参照）
さらには、ステージ側ではなく、製品側に偏芯したフェルールを追加し、そのフェルール
を回転させる事で角度調整が行われている。（特許文献3参照）
特開平２−２４８９０４号公報 特開平８−１１４７２５号公報 特開平９−９０１７２号公報

しかしながら、前述の手動で角度調整を行うタイプでは、角度調整の精度を出すことが難しく、微調整操作が手動のため困難であり、再現性などが出しにくい。従って、所定のアライメント精度を出すには、作業時間が長くなりがちで作業効率が悪いと言う課題があった。更には、レーザダイオードを発光させて、レーザダイオードと光ファイバをアライメントするために、設備上の安全性を考慮する必要がある。

また、モータを使用した従来方法では、ファイバの軸方向回転位置精度は向上するが、モータ配線等が有り、回転ステージはアライメント装置に固定された配置となり、ファイバを保持した状態でのハンドリングは不可能となり、ファイバ単独のハンドリングで装置に取付ける作業になる。ステージ上には種々の装置・配線等があり、アライメントする上では、ファイバを回転ステージ上に運び、クランプしないといけないため、アライメント装置内にファイバを取付ける際、ファイバに傷をつける可能性や、ファイバの軸方向角度をある程度粗調整する事ができないために、アライメント装置内でのファイバ自体の軸方向回転位置の調整時間が多大なものになる可能性がある。実験レベルでは問題無いが、生産する上ではタクトの問題が発生する。

本発明は前述したような点に鑑みて、アライメント作業を効率良くするために、光ファイバ軸のアライメントを粗調整した後、微調整のアライメント操作を行うことができ、アライメント精度を向上することのできる光ファイバアライメント装置を提供するものである。

従来の課題を解決するために、本発明のアライメント装置は、レーザダイオードの発射光を直接くさび形状或いはテーパ形状を有する光ファイバ端面部に入射させレーザダイオードと光ファイバを直接結合させる光モジュールのアライメントのための光ファイバアライメント装置において、前記光ファイバをその光ファイバ軸中心に回転させる同軸円柱状の回転板と前記光ファイバを固定する固定部を有する粗調整用回転ユニットと、モータ駆動により前記光ファイバ軸と異軸回転する前記回転板より小径の弾性体と前記粗調整用回転ユニットの位置を固定する位置固定ピンを有する微調整用回転ユニットと、を備え、前記弾性体を前記回転板に圧接させて、前記光ファイバの軸回転方向位置を微調整回転してアライメントする事を特徴としたものである。

本発明によれば、光ファイバを保持する粗調整用回転ユニットが脱着できるために、光ファイバをアライメント装置とは全く別の場所で粗調整用回転ユニットにクランプする事ができる。そのため、光ファイバに傷をつける可能性が大幅に減少する。また、同時に光ファイバを正面から確認することが可能となるために、アライメント装置に光ファイバをセットする前に、光ファイバの粗調整が可能となる。

また、粗調整用回転ユニットの回転板を微調整用回転ユニットの弾性体に押付ける事で粗調整後の光ファイバ軸を微調整回転するので、アライメントの精度向上にもつながる。更に、粗調整用回転ユニットは微調整用回転ユニットに再現性が取れる状態で脱着でき、粗調整と微調整を別々の工程でできることから作業効率の向上にもつながる。

以下に、本発明のアライメント装置及びアライメント方法の実施の形態を図面とともに、詳細に説明する。

図1は、本発明の実施例１におけるレーザダイオード１の発光面を光ファイバ２の先端部にアライメントするために光ファイバ２の軸調整をするためのアライメント治具装置の全体概要を説明するための図である。本発明は、光ファイバ２の軸をθｘ方向に回転して調整するものであり、図2は、本発明の実施例１の斜視図である。図3は、本発明の実施例１で、粗調整用回転ユニット４を微調整用回転ユニット６から分離した状態を示すものである。図4は、光ファイバ軸のアライメントのための粗調整用回転ユニット４を用いて粗調整を説明するための図である。

図5は、アライメント時の光パワー検出するための概要図である。図6は、光ファイバアライメント装置における軸回転方向位置と光パワーの関係を示す図である。

図1において、光ファイバアライメント装置は、基板２１にあらかじめ固定されている
レーザダイオード1を所定の取り付け治具２０に取り付け、そのレーザダイオード１の発
光面を光ファイバ２の先端にアライメントするものである。

そして、レーザダイオード1に対して光ファイバ2を調整する上で重要となる光ファイバ2の軸回転方向位置に対し、光ファイバ2をθｘ方向に調整する際の粗調整用回転ユニット４と微調整用回転ユニット６から成り、微調整用回転ユニット6は、6軸ステージ12の上に固定されており、その微調整回転ユニット6に粗調整用回転ユニット4が着脱可能に取付ける事が可能となる。

即ち、レーザダイオード1より発光される光に対し、最初に光ファイバ2のθx方向の回転を調整し、6軸ステージ12を各々動作する事で光ファイバ2の先端部をレーザダイオード１にアライメントし、レーザ光を効率良く光ファイバ2に取り込む。

図2に示すように、レーザダイオード１と光ファイバ２は、レーザダイオード１の光を光ファイバ２に集光させるためにレーザダイオード１発光面と光ファイバ２の先端がくさび形もしくはテーパ形状に加工された面が向き合うように配置される。このとき光ファイバ２は、粗調整用回転ユニット４に設けられているクランプ３によって、粗調整用回転ユニット４に固定保持されている。

さらに粗調整用回転ユニット4には、光ファイバ2の軸と同軸に回転板5が設置されており、光ファイバ２は、粗調整用回転ユニット４上で光ファイバ２の軸中心に回転することができる構成となっている。ここで粗調整用回転ユニット4は、光ファイバ2を保持し、光ファイバ２をθｘ方向に回転させる事ができ、その光ファイバ軸と回転中心が同じとなるように同軸状に回転板5を配置する。その配置方法は、セットビスなどでも問題無いが、回転中心を同軸状に保持するために、圧入もしくは焼きばめ圧入などが好ましい。

回転板5の円周表面は、弾性体７との摩擦力を得るためにローレット加工もしくはサンドブラストやショットピーニングなどの表面加工が施されている。そして弾性体７を回転板５に圧接して、モータ8を駆動して光ファイバ2をθx方向に回転させる固定の微調整用回転ユニット6を配置する。微調整用回転ユニット6には、粗調整用回転ユニット4を位置決めする位置固定ピン10とモータ8の軸9と同軸状に回転板5より小径の弾性体7が取り付けてある。ここで弾性体7は、二トリルゴムやウレタンゴム等の硬度が低いものを使用する。微調整用回転ユニット6に粗調整用回転ユニット4を設置する事で、粗調整用回転ユニット4に取り付けてある回転板5が弾性体7と圧接し、その圧力で回転板5と弾性体7が十分に密着さすが、弾性体７の硬度は、弾性体7が回転すると回転板5がスリップすることなく回転する事ができるような適度な硬さとする。弾性体７の硬度として、弾性体7を回転させる事でスムーズに回転板5を回転させる事のできる範囲として、好ましくはゴム硬度３０度〜７０度（ショア硬さ）である事が望ましい。また、回転板５と弾性体７の直径の一例をあげると、回転板5は、直径３０〜３２mmに対し、弾性体７は、直径９〜１０mmであり、直径の比は、３：１の割合であり、弾性体７に対し、回転板５の直径を大きくする事で精度の高い微調整が可能であり、望ましい。

また、位置固定ピン10とは、レーザダイオード1と光ファイバ2とのアライメントは高精度が要求されるので、粗調整と微調整の２段階調整を行うが、その際に、光ファイバ2の交換や作業効率を考え、粗調整用回転ユニット4を微調整用回転ユニット6に取付ける時の位置を再現するためのものである。回転体5は弾性体7に押付けられるように配置されており、回転体5が十分回転する事ができる摩擦力を得ている。

光ファイバ2にレーザダイオード1の光パワーを効率よく入射させるために光ファイバ２の先端がくさび形もしくはテーパ形状に加工されており、光ファイバ2の軸を中心にした角度の微調整が非常に重要となってくる。そのため、光ファイバ2は、回転ユニット4に取り付けた回転板5を微調整用回転ユニット６に設けている弾性体７に押し付け、その弾性体７は、光ファイバ2の軸とは別に設けた軸9に同軸に配置される。そして、弾性体７は、モータ8によって回転され、弾性体7と回転板5との摩擦力(グリップ力)により回転体５を回転させて、光ファイバ2を軸中心に回転し、光ファイバ２の軸回転方向位置を微調整する事ができる。

さらに、光ファイバ2自体をアライメント装置にセットするにあたり、直接光ファイバをアライメント装置にセットするには機械の構成や配線上、光ファイバ2に傷をつけたり、切ったりしてしまう可能性があるため、図3に示すように、粗調整用回転ユニット4は、微調整用回転ユニット6から脱着可能となっており、また、位置固定ピン10によりその位置は再現性よく回転ユニット４を微調整回転ユニット６に配置することができる。従って、光ファイバ2をアライメント装置にセットする時は、粗調整用回転ユニット4に取り付けた状態でアライメント装置中の微調整用回転ユニット６に配置することができる。即ち、光ファイバ2を粗調整用回転ユニット4へセットして光ファイバ２の軸を粗調整する工程は、別工程で実施することができ、光ファイバ２の軸方向位置が粗調整され光ファイバ２の軸の端面の方向位置が粗調整された状態で、粗調整用回転ユニット４を微調整用回転ユニット６に配置することができる。図４に示すように、光ファイバ２の先端のくさび形状あるいはテーパ形状の端面部が、カメラ１１でモニタしてＯＫの位置方向になるように回転板を回転して粗調整する。

前述したように光ファイバ2の軸を中心にした角度の微調整が非常に重要ではあるが、アライメント治具装置にセットされた光ファイバ２は、正面から確認することができず、図5に示すように、その軸回転方向位置が最適かどうかはレーザダイオード１からの出射される光パワーを光パワーメータ13で測定することによりその軸回転方向位置が最適なものかどうかを確認する手段のみである。そのため、最適位置を模索する中で、くさび形もしくはテーパ形状の光ファイバ2の先端が最適位置より大きくその角度が外れている可能性も多々あるため、作業効率の大幅なロスになる場合もある。本発明では光ファイバ2の回転ユニット4へのセットを別工程で実施できるため、その軸方向回転位置を図4に示すようにカメラ１１で確認しながらあらかじめ粗調整により光ファイバ2を図４中のOKの状態にセットする事が可能である。ここで、粗調整用回転ユニット4の回転板5を手動で回転する事で光ファイバ2の先端位置を粗調整する。

そのため、アライメント治具装置にセットされた時点では、ある程度光ファイバ2の軸回転方向位置は調整されており、微調整用回転ユニット6による微調整の作業効率も大幅に向上する事ができる。

次に本発明により提供される光ファイバアライメント装置を使用した場合のアライメント手順の一例を説明する。
（１）光ファイバ2を粗調整用回転ユニット4にセットする。回転板には、あらかじめ光ファイバ2を通すスリットを設けている。
（２）同時に光ファイバ2の先端の軸方向位置を正面よりカメラ１１によって確認し、カメラ１１にて撮像された像を見ながら手動にて光ファイバ２の軸方向位置の角度を粗調整する。その判断は図4中のOKの位置になるように回転板５を回転する事により、目視で判断する。（図４参照）
（３）光ファイバ2の軸回転方向位置を粗調整された粗調整用回転ユニット4をアライメント装置内の微調整用回転ユニット6の上に位置固定ピン10にてセットし、固定する。位置固定ピンは、粗調整用ユニット4を微調整用ユニット6にセットする際、必ず同じ位置にセットできるためのものであり、固定するためには、別途ボルトによる取付け14や板バネ等の簡易的な固定でもかまわないが、動かない状態に保持する。
（４）レーザダイオード1より発光されるレーザー光を光ファイバ2に精度よく集光するようにアライメントを実施し、光パワーメータ13で光パワーを確認しながらモータ8を駆動し、弾性体7をモータ８で回転する事で回転板5を回転し、光ファイバ2の先端の軸回転方向位置を微調整する。（図５参照）
手動により、レーザを発光しながら作業を実施する事は、危険を伴い安全上問題がある上に、精度が重要とされるが精度を出し難い作業となるため、作業効率や製品の信頼性が低くなる。

また、固定された自動ステージにおいては、最終的な光ファイバ2の軸回転方向位置の精度は出るが、光ファイバ2をセットする際に光ファイバ2を傷つけたり、切断してしまう可能性や光ファイバ2をセットした後での回転角度が非常に大きい場合もあり、作業時間が多くかかる場合も発生する事で作業効率の低下にもつながる。

図6に光ファイバ端面の軸回転方向位置と光パワーの関係を示すように、その軸回転方向位置は、非常に重要であり、また精度が要求される。ここで横軸の角度は、光ファイバ2が最適な軸回転方向位置の状態を0°として、光ファイバ2が回転した場合の角度を表す。

本発明の光ファイバのアライメント装置では、事前にカメラ２を使用して、光ファイバ２の軸方向の粗調整が可能であるため、正面から光ファイバ2を確認でき（図４参照）、更に光ファイバ2をセットされた粗調整用回転ユニット4をアライメント装置に装着した上で、粗調整した軸と同じ軸で光ファイバ2のθｘ方向の軸方向を微調整できるため、作業効率や光ファイバ2の軸回転方向位置の精度を向上する事ができる。また、アライメント装置などに引っ掛ける事による光ファイバ2へのダメージや破損などの部品損傷による生産の歩留まりを改善する事ができる。

本発明の光ファイバアライメント装置は、光ファイバ軸のアライメントの粗調整した後、微調整のアライメント操作を行うが、粗調整用回転ユニットが脱着可能であるので別個独立して行うことができ、アライメント精度を向上することができ、光ファイバアライメントに好適である。

本発明の実施例１におけるアライメント装置の全体を模式的に示す図 本発明の実施例１におけるアライメント装置の粗調整用回転ユニットを微粗調整用回転ユニットに設置した状態を説明するための斜視図 本発明の実施例１におけるアライメント装置の本発明の実施例１におけるアライメント装置の粗調整用回転ユニットと微粗調整用回転ユニットを分離した状態を説明するための斜視図 本発明の実施例１におけるアライメント装置の粗調整用回転ユニットにて粗調整を説明するための斜視図 本発明の実施例１におけるアライメント装置の微調整を説明をするための斜視図 本発明の実施例１におけるアライメント装置における軸回転方向の位置と光パワーの関係を示す図

符号の説明

１ レーザダイオード
２ 光ファイバ
３ クランプ
４ 回転ステージ
５ 回転体
６ 微調整用ユニット
７ 弾性体
８ モータ
９ 回転軸
１０ 位置固定ピン
１１ カメラ
１２ ６軸ステージ
１３ 光パワーメータ
１４ クランプ機構
２０ レーザダイオード取付治具
２１ 基板

Claims (5)

1. レーザダイオードの発射光を直接くさび形状或いはテーパ形状を有する光ファイバ端面部に入射させレーザダイオードと光ファイバを直接結合させる光モジュールのアライメントのための光ファイバアライメント装置において、
   前記光ファイバをその光ファイバ軸中心に回転させる同軸円柱状の回転板と前記光ファイバを固定する固定部を有する粗調整用回転ユニットと、
   モータ駆動により前記光ファイバ軸と異軸回転する前記回転板より小径の弾性体と前記粗調整用回転ユニットの位置を固定する位置固定ピンを有する微調整用回転ユニットと、
   を備え、前記弾性体を前記回転板に圧接させて、前記光ファイバの軸回転方向位置を微調整回転してアライメントする事を特徴とする光ファイバアライメント装置。
2. 前記粗調整用回転ユニットは、前記固定部にて前記光ファイバを固定した状態で光ファイバ軸回転方向を微調整回転するための前記微調整用回転ユニットから分離でき、別個独立で、光ファイバの軸方向回転位置を調整することができることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアライメント装置。
3. 前記粗調整用回転ユニットの回転板の前記弾性体との接触面が、前記弾性体とのスリップを減少するためにローレット等の表面加工もしくはショットピーニングもしくはサンドブラスト等の表面処理を施していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアライメント装置。
4. 光ファイバをクランプ保持した前記粗調整用回転ユニットを、微調整用回転ユニットに脱着することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアライメント装置。
5. 前記粗調整ユニットは、前記光ファイバの先端の軸方向位置を正面よりカメラで撮像し、撮像された前記光ファイバの軸方向位置の角度を見ながら手動にて粗調整することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアライメント装置。
   

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