JPH03264835A - 光軸アライメント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザダイオードなどのビーム発光径が微小
な発光素子とマイクロフレネルレンズなどの光学素子と
をパッケージに実装する工程に先立って、発光素子の光
軸と光学素子の光軸とを正確に一致させるための光軸ア
ライメント装置に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の光軸アライメント装置の概略構成を第６
図に示して、以下に説明する。

１は変位信号の入力に応答して、直交座標系の３方向で
あるｘ、ｙ、ｚ方向およびＺ軸回りの回転方向であるθ
方向に相互に独立して変位可能に構成された発光素子用
自動ステージ、２は発光素子用自動ステージｌに取り付
けられた発光素子ホルダ、Ａは発光素子ホルダ２に装着
されたビーム発光径が微小なレーザダイオードなどの発
光素子Ａである。

３は発光素子用自動ステージ１と同様に構成された光学
素子用自動ステージ、４は光学素子用自動ステージ３に
取り付けられた光学素子ホルダ、Ｂは光学素子ホルダ４
に装着されたマイクロフレネルレンズなどの光学素子で
ある。

５は、発光素子用自動ステージｌと光学素子用自動ステ
ージ３とを互いに独立して駆動するためのステージドラ
イバ、６はステージドライバ５にステージ変位方向とス
テージ変位量とを入力するためのマニュアル式コントロ
ーラでＬＬ。７は発光素子Ａの微小な光ビーム発光径に
対応した撮影視野をもち、その先軸（基準光軸）Ｑが固
定された状態で、光学素子Ｂを挟んで発光素子Ａとは反
対側に配置されたテレビカメラ、８はテレビカメラ７が
撮影した像を映し出すモニタデイスプレィである。

発光素子Ａから出射され光学素子Ｂをａ過した光ビーム
の像をテレビカメラ７で撮影し、その光ビーム像をモニ
タデイスプレィ８に映し出す。オペレータは、モニタデ
イスプレィ８に映し出された発光素子Ａの光ビーム像の
基準光軸ｇに対するズレ方向とズレ量とを確認し、マニ
ュアル式コントローラ６から前記のズレ方向とズレ量に
応じた発光素子用のステージ変位方向とステージ変位量
とを入力する。

ステージドライバ５は、入力されたデータに基づいて、
発光素子用自動ステージｌを駆動し、発光素子Ａの位置
および姿勢を調整する。光ビーム像が直ちに基準光軸Ｑ
に一致するわけでないので、オペレータは、モニタデイ
スプレィ８上の光ビーム像の動きを観察しながら、適宜
にマニュアル式コントローラ６を操作して、光学素子Ｂ
の中心点の像を次第に基準光軸ｅに近付けていき、最終
的に両者を一致させる。

以上によって、発光素子Ａの光ビーム像と光学素子Ｂの
中心点像とが基準光軸Ｑ上で一致することになる。すな
わち、発光素子Ａの光軸と光学素子Ｂの光軸とが所定の
直線上で一致する。この先軸の精密アライメントの終了
ののちに、発光素子Ａと光学素子Ｂとをパッケージに実
装する工程に移る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような構成を有する従来例において
は、その光軸アライメントをモニタデイスプレィ８の画
面上で目視確認しながらマニュアル操作によって光軸ア
ライメントを行うものであるから、光軸アライメント操
作がたいへん煩わしく、かつ、効率が悪いものになって
いた。

ところで、光軸アライメントには、発光素子Ａの光軸と
光学素子Ｂの光軸とが、基準光軸ｅに対して垂直な方向
（ＹまたはＸ方向）でズしているときに、そのズレを修
正するためのアライメント操作と、光学素子Ｂの位置が
基準光軸ｌ方向（Ｘ方向）にズしているために、光ビー
ム像の焦点がボケてテレビカメラ２７で撮影されている
ときに、この焦点ボケに対するアライメント操作とがあ
る。

このようなアライメント操作において、前者のそｉでは
テレビカメラ２７の画面に基準光軸２点を設定し、その
基準光軸２点から光ビーム像のズレを視覚で確認しなが
らアライメント操作ができるか、後者では光ビーム像の
焦点が合っているかどうかは視覚的には判別がつきにく
く、したかって、後者の場合ではテレビカメラ２７て確
認しなからのアライメント操作はむつかしいものであり
、このアライメント操作にはかなりの時間と手間とかか
かるものとなっていた。

そこで、本発明においては、基準光軸方向における光軸
アライメントを容易にかつ正確に、しかも短時間で効率
的に行えるようにすることを目的としている。

（課題を解決するための手段） このような目的を達成するため、本発明においては、発
光素子用自動ステージ、光学素子用自動ステージ、撮影
部、画像処理部および制御手段を有したものであって、
発光素子用自動ステージは、発光素子を保持しており、
光学素子用自動ステージは、前記発光素子と対向した状
態で光学素子を保持しており、撮影部は、光学素子を通
過した前記光ビーム像の撮影が可能な位置に配置されて
おり、かつ、該撮影位置が基準光軸に一致するように固
定されており、画像処理部は、撮影部出力に基づいて、
光ビーム像の明るさまたは大きさに関する画像データを
得るものであり、制御手段は、前記画像データに基づき
、前記光ビーム像の、明るさが最大または大きさが最小
となるように、前記両自動ステージの一方または両方を
駆動制御するものであることを特徴としている。

（作用） 撮影部は、発光素子用自動ステージに保持されている発
光素子からの光ビームの像を撮影する。

画像処理部は、撮影部出力に基づいて、光ビーム像の明
るさまたは大きさに関する画像データを得る。制御手段
は、前記画像データに基づき、前記光ビーム像の、明る
さが最大または大きさが最小となるように、発光素子用
自動ステージまたは光学素子用自動ステージの一方また
は両方を駆動制御することで、基準光軸方向のアライメ
ント操作か可能となる。

（実施例） 以下、本発明の各実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。なお、光軸アライメント装置の概略構成については
第１実施例の光軸アライメント装置のみ図示しであるが
、他の実施例の光軸アライメント装置も画像処理部とマ
イクロコンピュータとの各動作が異なるだけでブロック
回路的には第１実施例と同様であるから、当該他の実施
例についてのブロック回路的な構成の図示は省略し、動
作説明用のフローチャートのみ示している。

第１実施例 第１図は第１実施例に係る光軸アライメント装置の概略
構成を示す図であって、第６図と同一の部分には同一の
符号を付し、その同一の符号に係る部分についてのここ
での詳しい説明は省略する。

本第１実施例における光軸アライメント装置は、従来の
マニュアル式コントローラ６、およびモニタデイスプレ
ィ８に代えて、画像処理部９、制御手段としてのマイク
ロコンピュータＩＯ１およびスクリーンＩｔを有してい
る。

画像処理部９は、第２図のように、テレビカメラ７が撮
影したスクリーン１１上における発光素子Ａの光ビーム
像ａに関する画像データを入力するとともに、その画像
データに基づき、スクリーン１１上に広がった光ビーム
像ａの中心点すを抽出し、その中心点ｂデータと、この
中心点すを含んで設定されたウィンドウＣ内における光
ビーム像ａの明るさ平均ＢＲＴのデータとをマイクロコ
ンピュータ１０に出力処理するように構成されている。

マイクロコンピュータ１０は、前記各データに基づき、
基準光軸ｅに対する光ビーム像ａのズレ方向およびズレ
量とを演算し、その演算結果からステージドライバ５を
介して発光素子用自動ステージ１をＹまたはＸ方向に制
御してその光ビーム像ａの基準光軸Ｑからのズレをなく
すとともに、そのウィンドウＣ内の光ビーム像ａの明る
さ平均ＢＲＴが最大となるように、光学素子用自動ステ
ージ３をＸ方向に移動制御するものである。なお、マイ
クロコンピュータ１０は、光ビーム像ａの中心点すが基
準光軸Ｑに一致したのちは、光学素子投影像についても
そのズレをなすくように、前記と同様に、ステージドラ
イバ５を介して光学素子用自動ステージ３をＹまたはＸ
方向に移動制御する。

つぎに、第５図（１）のフローチャートを参照して第１
実施例の動作を説明する。

スタートしてステップＳ１において、マイクロコンピュ
ータＩＯの制御のもとに画像処理部９は、光ビーム像ａ
の中心点すを求め、ステップＳ２において、光ビーム像
ａを中心にウィンドウＣを設定し、さらにステップＳ３
において、ウィンドウＣ内の明るさ平均ＢＲＴを求める
。そして、ステップＳ４において、このウィンドウＣ内
の明るさ平均ＢＲＴと、光学素子用自動ステージ３の位
！（Ｘ、ｙ、Ｘ方向における）のデータを画像処理部９
内のメモリに格納する。

ステップＳ５においては、光学素子用自動ステ−ジ３が
アライメント範囲内であるかどうかを判定し、アライメ
ント範囲内であると、ステップＳ６で光学素子用自動ス
テージ３をＸ方向（基準光軸Ｑ方向）に一定量、移動さ
せてステップＳｌに戻る。こうして、光学素子用自動ス
テージを一定量毎に移動させながら、上述のステップ５
ｔ−Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４の動作を繰り返す。

こうしてのち、ステップＳ５で光学素子用自動ステージ
３がアライメント範囲外であると判定すると、ステップ
Ｓ７では光学素子用自動ステージの各位置の中から、ウ
ィンドウＣ内の明るさ平均ＢＲＴが最大であった位置に
光学素子用自動ステージ３をＸ方向、つまり、基準光軸
Ｑ方向に移動させることでアライメントが終了する。

なお、画像処理部９は、図示しないメモリと、ルックア
ップテーブルとを内部に備えており、第３図のように、
横軸にテレビカメラ７から与えられる光ビーム像ａの実
際の明るさ（連続的に変化する明るさ）をとり、縦軸に
そのメモリに記憶される変換明るさ（２５６段階の階調
をもつ明るさ）データをとるグラフに対し、ルックアッ
プテーブルにおいて、該グラフに対応した変換用テーブ
ルをもたせておき、メモリにおいては、そのテーブルに
従って実際の明るさデータを変換し、その変換した明る
さデータを記憶させるようにしている。

本第１実施例の光軸アライメント装置におい、では、ウ
ィンドウＣ内の光ビーム像ａの平均明るさＢＲＴが最大
のところで、光学素子用自動ステージ３を移動制御する
ことから、その光ビーム像ａは基準光軸Ｑ方向において
自動的に合焦させることができる。

第２実施例 本第２実施例においては、第２図のようなウィンドウＣ
を設定するのではなく、光ビーム像ａが複数の画素で構
成されている場合において、光ビーム像ａを構成する画
素（間両素）が他の画像部分よりも明るい画素となるこ
と、光ビーム像ａが合焦のときには、光ビーム像ａの大
きさが最小、つまり、光ビーム像ａを構成する間両素数
が最小となることを利用し、その間両素数が最小となる
光学素子用自動ステージの位置にアライメントするよう
にしたものである。

第５図（２）のフローチャートを参照して第２実施例の
動作を説明する。

スタートして、ステップＳ８において、画像処理部９の
ルックアップテーブルを、第４図のように、光ビーム像
ａの実際の明るさにしきい値ｔｈｒを設定し、このしき
い値ｔｈｒに基づいて光ビーム像ａを構成する画素を間
両素ｒＮと暗画素「０」との２つの明るさに２値化する
。ステップＳ９において、実際の明るさがこのしきい値
ｔｈｒを越える画素、つまり間両素数を求める。そして
、ステップＳＩＯにおいて、その間両素数と光学素子用
自動ステージ３の位置とを画像処理部９のメモリに格納
する。ステップＳｌｌにおいては、光学素子用自動ステ
ージ３がアライメント範囲内であるかどうかを判定し、
アライメント範囲内であると、ステップＳ１２で光学素
子用自動ステージ３の位置を一定量、移動させたうえで
、ステップＳ８に戻る。そして、ステップＳｌｌでアラ
イメント範囲外となるまでは上述の各ステップＳ８〜Ｓ
Ｉ２の動作を繰り返す。

そして、光学素子用自動ステージ３がアライメント範囲
外であると判定すると、ステップＳ１３で間両素数が最
小となった位置、つまり、光ビーム像ａの大きさが最小
となる位置に、光学素子用自動ステージ３を移動させて
基準光軸Ｑ方向のアライメントを終了する。

第３実施例 第１実施例においては、光学素子用自動ステージ３を一
定量毎に移動させながら、光学素子用自動ステージ３の
各位置でのウィンドウＣ内の明るさ平均ＢＲＴを、それ
が最大であるかどうかとは無関係に、画像処理部９のメ
モリにそのすべてを格納していき、最終的には明るさ平
均ＢＲＴが最大となる光学素子用自動ステージ３の位置
を得、その位置に光学素子用自動ステージ３を移動させ
てアライメントを行った。そのため、第１実施例では光
学素子用自動ステージ３が、光ビーム像ａが合焦位置で
ないところにも余分に移動することになる。

これに対し、第３実施例では、明るさ平均ＢＲＴが最大
となる毎に、光学素子用自動ステージ３を移動させてい
くものであり、該光学素子用自動ステージ３の上述の余
分な移動を解消し、より迅速なアライメントを可能にす
るものである。

第５図（３）を参照して第３実施例の動作を説明すると
、スタートして、ステップ５１４において、明るさ平均
ＢＲＴの最大に関する変数ＭＡＸをまず、０に初期化し
、ステップＳ１５において、光ビーム像ａの中心点すを
求め、ステップＳ１６において、光ビーム像ａを中心に
ウィンドウＣを設定し、さらに、ステップＳ１７におい
て、ウィンドウＣ内の光ビーム像ａの明るさ平均ＢＲＴ
を求める。そして、ステップＳ１８において、ウィンド
ウＣ内の明るさ平均ＢＲＴが変数ＭＡＸより大きいかど
うかを判定し、そうであればステップＳ１９において、
変数ＭＡＸをその明るさ平均ＢＲＴにし、ステップＳ２
０において、光学素子用自動ステージ３を発光素子Ａ側
に一定量、移動したうえてステップＳ１５に戻る。この
ようなステップＳ１５→Ｓ１６→Ｓ１７→Ｓ１８→５１
９−＋Ｓ２０を繰り返して、光学素子用自動ステージ３
を発光素子Ａ側に一定量毎移動させていきながら、常に
、明るさ平均ＢＲＴが最大となる位置に光学素子用自動
ステージ３を移動制御する。こうして、光学素子用自動
ステージ３を発光素子Ｂ側に移動制御して明るさ平均Ｂ
ＲＴが最大となったとき、ステップＳ２１に移行する。

ステップＳ２１においては、今度は、光学素子用自動ス
テージ３を発光素子Ａとは反対側に移動制御させ、ステ
ップ６２２〜Ｓ２６のそれぞれにおいては、ステップＳ
１５〜Ｓ１９と同様のステップを繰り返していく結果、
発光素子Ａと反対側における明るさ平均ＢＲＴの最大の
位置への光学素子用自動ステージ３の移動制御か完了す
る。

こうして、ステップＳ２５において、明るさ平均ＢＲＴ
が変数ＭＡＸより大きくなくなれば、この基準光軸Ｑ方
向におけるアライメントが終了する。

本第３実施例においては、あらかしめ設定したおおよそ
のアライメント位置に光学素子用自動ステージ３を移動
しておくことにより、その光学素子用自動ステージ３を
大きく基準光軸Ｑ方向に移動制御していくことなく、つ
まり、そのおおよそのアライメント範囲で基準光軸Ｑ方
向のアライメントを行うことができることになる。

第４実施例 当該第４実施例は、上述の第２実施例および第３実施例
を組み合わせたものであり、特に後述のステップＳ３３
およびＳ３４の５ＴＥＰ　ｌ（光学素子用自動ステージ
３の１回の移動量の大きさ）を、ステップＳ４４および
Ｓ４５での５ＴＥＰ２よりも大きく設定しておくことで
、ステップＳ２７〜Ｓ４０では粗いアライメントを行い
、それ以降は精密アライメントを行うようにしたもので
ある。これにより、粗いアライメントで、光学素子用自
動ステージ３をできるかぎり、迅速にアライメント位置
に移動制御させて、そののちは、精密なアライメントが
行えるようにしている。

第５図（４−１）（４−２）を参照して第４実施例の動
作を説明すると、スタートして、ステップ５２７Ｊこお
いて、初期処理として明るさ平均ＢＲＴの最大に関する
変数ＭＡＸＢＲＴを０とし、かつ、明白素数ＰＮＴに関
し、明白素数ＰＮＴの最小にかかわるＭＩＮＰＮＴと、
明白素数ＰＮＴの最大にかかわるＭＡＸＰＮＴとを等し
いものとする。

ステップＳ２８において、光ビーム像ａの中心点すを求
め、ステップＳ２９において、光ビーム像ａの中心にウ
ィンドウＣを設定し、ステップＳ３０において、ウィン
ドウＣ内の光ビーム像ａの明るさ平均ＢＲＴを求める。

そして、ステップＳ３１において、明るさ平均ＢＲＴが
変数ＭＡＸＢＲＴよりも大きいかどうかを判定し、大き
いときはステップＳ３２において、変数ＭＡＸＢＲＴ＝
明るさ平均ＢＲＴにしてのち、ステップＳ３３において
、光学素子用自動ステージ３を発光素子Ａ側へ粗アライ
メントとしてそれに対応した大きさの移動ｌ５ＴＥＰＩ
分だけ移動させてステップＳ２８に戻る。こうして、明
るさ平均ＢＲＴが変数ＭＡＸＢＲＴより大きいかぎりは
、上述の各ステップを繰り返し、明るさ平均ＢＲＴが変
数ＭＡＸＢＲＴより大きくなくなると、ステップＳ３１
に移行する。

ステップＳ３４においては、光学素子用自動ステージ３
を発光素子Ａ側とは反対側へ５ＴＥＰＩ分だけ移動させ
、ステップＳ３５〜Ｓ３９ではそれぞれステップ９２８
〜９３３と同様のことを行う。そして、明るさ平均ＢＲ
Ｔが変数ＭＡＸＢＲＴより大きくなくなれば、粗アライ
メントを終了させ、ステップＳ４０において、光学素子
用自動ステージ３を移動量５ＴＥＰＩよりも小さな移動
量５ＴＥＰ２で移動させていく精密アライメントのため
に第４図のようなしきい値ｔｈｒで光ビーム像ａを２値
化するようにルックアップテーブルを設定し、ステップ
Ｓ４１において、２値化された光ビーム像ａの明白素数
ＰＮＴを求め、ステップＳ４２において、その明白素数
ＰＮＴがＭＩＮＰＮＴより小さいかどうかを判定し、小
さければステップＳ４３でＭＩＮＰＮＴ−明白素数ＰＮ
Ｔとし、ステップＳ４４で光学素子用自動ステージ３を
発光素子Ａ側へ５ＴＥＰ２分だけ移動させてステップＳ
４１に戻る。こうして、ステップ５４１−５４４を繰り
返し、明るさ平均ＢＲＴがＭＩＮＰＮＴより小さくなく
なれば、ステップＳ４５で光学素子用自動ステージ３を
発光素子Ａ側とは反対側に５ＴＥＰ２分だけ移動し、ス
テップＳ４６で２値化された光ビーム像ａの明白素数Ｐ
ＮＴを求め、ステップＳ４７で明白素数ＰＮＴがＭＩＮ
ＰＮＴより小さいかどうかを判定し、小さければステッ
プＳ４ＢでＭＩＮＰＮＴ＝明画素数ＰＮ間両しステップ
Ｓ４５に戻る。この各ステップを繰り返して明白素数Ｐ
ＮＴがＭＩＮＰＮＴより小さくなくなれば、基準光軸ｅ
方向のアライメント操作が終了する。

したがって、本第４実施例では、粗アライメントと精密
アライメントとの組み合わせで迅速でかつ精密なアライ
メントを行うことが可能となる。

なお、本発明の光軸アライメント装置は、その発明の趣
旨を逸脱しない範囲において、種々の変形をすることが
でき、本発明はその変形例に適用することができるもの
であって、例えば光学素子を複数個使用し、それに対応
して光学素子用自動ステージ３を複数公使用したような
光軸アライメント装置も本発明の範囲に含まれるもので
ある。

また、本発明では光学素子用自動ステージ３を基準光軸
方向に移動制御してアライメントを行っているが、上記
各実施例と同様の動作でもって、発光素子用自動ステー
ジｌを基準光軸方向に移動制御してアライメントをする
か、両ステージｌ。

３を同時に基準光軸方向に移動制御してアライメントし
てもよい。

（発明の効果） 以上説明したことから明らかなように本発明によれば、
基準光軸方向における光軸アライメントを自動的に行う
ことができるので、その先軸アライメントを容易にかつ
正確に短時間で効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる光軸アライメント装置
の概略構成図、第２図は光ビーム像と、その光ビーム像
の中心点と、ウィンドウとの設定の説明に供する図、第
３図および第４図はそれぞれ画像処理部のルックアップ
テーブルでの明るさの変換テーブルの説明に供するグラ
フ、第５図は各実施例の動作説明に供するフローチャー
ト、第６図は従来例の光軸アライメント装置の概略構成
図である。 ■・・・発光素子用自動ステージ、Ａ・・・発光素子、
２・・−光学素子用自動ステージ、Ｂ・・・光学素子、
７・・テレビカメラ、９・・・画像処理部、！０・・・
マイクロコンピュータ、ａ・・・光ビーム像、ｂ・・先
ビーム像の中心点、Ｃ・・・ウィンドウ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］発光素子用自動ステージ（１）、光学素子用自動
   ステージ（３）、撮影部（５）、画像処理部（９）およ
   び制御手段（１０）を有したものであって、 発光素子用自動ステージ（１）は、発光素子（Ａ）を保
   持しており、 光学素子用自動ステージ（３）は、前記発光素子（Ａ）
   と対向した状態で光学素子（Ｂ）を保持しており、 撮影部（５）は、光学素子（Ｂ）を通過した前記光ビー
   ム像の撮影が可能な位置に配置されており、かつ、該撮
   影位置が基準光軸（ｌ）に一致するように固定されてお
   り、 画像処理部（９）は、撮影部（５）出力に基づいて、光
   ビーム像の明るさまたは大きさに関する画像データを得
   るものであり、 制御手段（１０）は、前記画像データに基づき、前記光
   ビーム像の、明るさが最大または大きさが最小となるよ
   うに、前記両自動ステージ（１、３）の一方または両方
   を駆動制御するものであることを特徴とする光軸アライ
   メント装置。