JPH06265759A - 自動光軸合わせ装置 - Google Patents

自動光軸合わせ装置

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JPH06265759A
JPH06265759A JP5054498A JP5449893A JPH06265759A JP H06265759 A JPH06265759 A JP H06265759A JP 5054498 A JP5054498 A JP 5054498A JP 5449893 A JP5449893 A JP 5449893A JP H06265759 A JPH06265759 A JP H06265759A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】XY方向の光軸ずれを同時に検出することによ
り、レーザダイオードモジュールと光ファイバの高速か
つ高精度な自動光軸合わせを行う。 【構成】2個のピエゾ素子3,4で光ファイバ1のフェ
ルール1aを光軸に対して円運動させ、光検出器8でL
Dモジュール5から発光され光ファイバ1を通過する光
強度を測定し、その光検出器8の出力を2台のロックイ
ンアンプ12,13により互いに90°位相のずれた参
照信号で位相検波し、XYステージ7によりそのロック
インアンプ12,13の出力からLDモジュール5とフ
ェルール1aの光軸合わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動光軸合わせ装置、
特にレーザダイオードと光ファイバの自動組立に適用可
能な自動光軸合わせ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術としては特開昭63−296
009に示されているような自動光軸合わせ装置の光軸
合わせ方法がある。
【0003】従来の自動光軸合わせ装置の光軸合わせ方
法は、発光素子を保持しかつ組立用の当接面を持った発
光ユニットと、発光素子を保持し組立用の被当接面をも
った受光ユニットとを発光素子を発光させながら当接面
を圧接し、少なくともいずれか一方のユニットを摺動さ
せ、受光ユニットの出力光量の大小により両ユニットの
光軸の一致を検出する光軸合わせ方法であり、検出はX
方向に摺動させて位置を固定し、この位置でX方向に直
角なY方向に摺動させてY方向における出力光量の最大
値を求め、順次これを繰り返して最大値が最も大となる
X方向の位置を求め、次にこの位置においてY方向に摺
動させて出力光量が最も大となる位置を求める方法から
なる。
【0004】次に、この従来の光軸合わせ方法について
図面を参照して詳細に説明する。
【0005】図6は従来例の光通信用ファイバモジュー
ルを組み立てる作業の断面図、図7は図6に示す投光モ
ジュールの発光の様子を示すグラフ、図8は図7に示す
発光パターンの拡大図である。
【0006】図6において、X方向、Y方向に微動送り
が可能なXYテーブル18上に固定された保持台19の
凹部20に投光ユニット21は適宜な手段で固定されて
いる。また、投光ユニット21内のレーザダイオード
は、一定の電流が供給されていて一定の明るさで発光し
ており、受光ユニット22の光ファイバの射出端は、光
量を検出する光検出器が取り付けられている(図示せ
ず)。
【0007】次に、光軸合わせの方法について述べる。
【0008】XYテーブル18を操作して、投光ユニッ
ト21を摺動させた場合、投光ユニット21内の球レン
ズの可動範囲23はホルダにより制限されて、図7に示
すようになると考えられる。図7、図8においてレーザ
ダイオードの光を得ることができるのは、球レンズの焦
点付近の領域24であり、領域24は等光量の部分を線
で結んだものである。光軸合わせは以下の手順に従って
行われる。
【0009】XYテーブル18のX方向25のX軸位置
を可動範囲の最端近くの位置x1 へ移動する(ステップ
1)。
【0010】XYテーブル18のY方向26のY軸位置
を可動範囲の端から端まで動かし、これによりX軸方向
の歪を除去すると同時に、その時に得られる最大光量を
Lp(x1 )とする(ステップ2)。
【0011】X軸位置をx2 へ移動し、ステップ2と同
様にY軸方向に動かし、得られた最大光量値をLp(x
2 )とする(ステップ3)。
【0012】X軸の位置をx3 ,x4 ,x5 ・・・と順
次移動しながら同様に操作してLp(x3 ),Lp(x
4 ),Lp(x5 )・・・Lp(xi+1 )を求めてい
く。この間Lp(x1 )からLp(xi )までほぼ光量
はゼロであるが、xi+1 の位置からはレーザダイオード
の光は光ファイバに入り始め、光量が検出される(ステ
ップ4)。
【0013】光量が検出され始めると、拡大した図8に
示すように、 Lp(xi+1 )<Lp(x1+2 )<Lp(x1+3 ) というように、光量は増加していく(ステップ5)。
【0014】xi+4 でLp(xi+4 )が減少し始めた
ら、X軸方向の移動方向を逆にし、移動ステップを小さ
くして、上述と同様な操作を行い、光量が減少し始める
まで続ける(ステップ6)。
【0015】このような操作を繰り返し、最終的にはX
軸方向の移動ステップを最小移動単位である0.1μm
としてX軸上の位置を決定する(ステップ7)。
【0016】決定されたX軸上位置において、Y軸方向
に移動させ、最大光量が得られる位置で停止し、光軸調
整を終了する(ステップ8)。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の自動光
軸合わせ装置の光軸合わせ方法は、XYステージの可動
範囲全てにおける光量を測定し、それが最大値となる位
置に合わせる方法であるので、光軸合わせに時間がかか
るという問題点があった。特に、光軸合わせを精密に行
うには、最終的には0.1μmステップでXYステージ
を送らなければならないので、非常に生産性が悪いとい
う問題点があった。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の自動光軸合わせ
装置は、光ファイバの入射側の端部を保持する第1のチ
ャックと、光ファイバの入射側の端部に対向する位置に
発光素子を保持する第2のチャックと、第1のチャック
と第2のチャックを相対的に一定周期で円軌道を描くよ
うに駆動せしめる駆動装置と、発光素子から出射され光
ファイバに導入された光強度を測定する光検出器と、駆
動装置の円運動と同一の周期の参照信号で光検出器の出
力を位相検波する第1の位相検波器と、第1の位相検波
器に入力される参照信号と90°位相のずれた信号を参
照信号として光検出器の出力を位相検波する第2の位相
検波器と、第1の位相検波器の出力と第2の位相検波器
の出力がゼロになる位置に第1のチャックと第2のチャ
ックの相対位置を調整する調整ステージとを含むことを
特徴としている。
【0019】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0020】図1は本発明による自動光軸合わせ装置の
一実施例を示す構成図である。
【0021】この自動光軸合わせ装置は、光ファイバ1
の入射側端部にあるフェルール1aを保持するフェルー
ルチャック2と、フェルールチャック2をX軸方向に微
小変位させるピエゾ素子3と、X軸方向に直交するY軸
方向にフェルールチャック2を微小変位させるピエゾ素
子4と、フェルール1aに対向する位置にレーザダイオ
ード(LD)モジュール5を保持するLDチャック6
と、LDチャック6をピエゾ素子3および4の可動方向
と同一の方向に移動させるXYステージ7と、LDモジ
ュール5から出射されフェルール1aから入射し光ファ
イバ1を通過して反対側の端部から出射するレーザビー
ムの強度を測定する光検出器8と、ピエゾ素子3を駆動
するピエゾドライバ9と、ピエゾ素子4を駆動するピエ
ゾドライバ10と、ピエゾドライバ9および10に入力
する互いに90°位相が異なる2つの交流信号を発生す
る発振器11と、ピエゾドライバ9に入力される交流信
号を参照信号として光検出器8の出力を位相検波するロ
ックインアンプ12と、ピエゾドライバ10に入力され
る交流信号を参照信号として光検出器8の出力を位相検
波するロックインアンプ13と、ロックインアンプ12
の出力を入力しロックインアンプ12の出力がゼロにな
るようにピエゾ素子3の変位方向と同一な方向にXYス
テージ7を駆動するモータドライバ14と、ロックイン
アンプ13の出力を入力しロックインアンプ13の出力
がゼロになるようにピエゾ素子4の変位方向と同一な方
向にXYステージ7を駆動するモータドライバ15とか
ら構成される。
【0022】ピエゾ素子3および4には互いに位相が9
0°ずれた交流信号が印加されるので、フェルール1a
を保持しているフェルールチャク2は円の軌跡を描くよ
うに運動する。
【0023】次に、本実施例における自動光軸合わせの
原理を図面を用いて詳細に説明する。図2は図1に示す
LDモジュールから出射されるレーザビームの強度分布
を示すグラフ、図3から図5は図1に示す光検出器で検
出される変調された光量信号を示すグラフである。
【0024】図2はLDモジュール5から出射されるレ
ーザビームの強度分布であり、レーザビーム強度の等し
い部分は等光量線16で結ばれている。また、図中LD
モジュール5の光軸に対してフェルール1aがX軸方向
にずれている場合、Y軸方向にずれている場合および各
軸に対して45°の方向にずれている場合のフェルール
1aの軌跡17a,17bおよび17cを示す。図に示
すようにフェルール1aの軌跡17は円を描いていて、
各軌跡17a,17b,17cと等光量線16との交わ
り方から分かるように、フェルール1aの位置によって
光検出器8で検出される変調された光量信号の位相が変
化する。
【0025】図3から図5は図1の各フェルール1aの
位置での光検出器8で検出される光量信号の変調の様子
を示しており、図3はフェルール1aが軌跡17aを描
くときの変調信号であり、図4はフェルール1aが軌跡
17bを描くときの変調信号であり、図5はフェルール
1aが軌跡17cを描くときの変調信号である。それぞ
れ、縦軸は光量、横軸は時間である。これらのグラフは
分かりやすいように、光量信号の直流成分はカットして
示してある。
【0026】図3(a)はピエゾドライバ9の駆動信号
を参照信号として位相検波した時の様子を示していて、
ロックインアンプ12からは図中斜線で示した面積の積
分値が出力される。また、図3(b)は90°位相の異
なるピエゾドライバ10の駆動信号を参照信号として位
相検波した時の様子を示していて、同様にロックインア
ンプ13からは図中斜線で示した面積の積分値が出力さ
れる。したがって、ロックインアンプ12の出力は正の
値になり、ロックインアンプ13の出力はゼロとなり、
XYステージ7はX軸方向の正の向きに動きフェルール
1aはLDモジュール5の光軸に近づき、光軸合わせが
行われる。
【0027】図4(a),(b)も同様に互いに位相が
90°異なる信号で位相検波した時の様子を示している
が、図3に示した変調信号に比べ位相が90°進んでい
るため、図3の場合とは逆にロックインアンプ12の出
力(図4(a)斜線部分の積分値)はゼロになり、ロッ
クインアンプ13の出力(図4(b)斜線部分の積分
値)は正の値になる。
【0028】図5(a),(b)はフェルール1aの位
置がX軸方向およびY軸方向ともにずれている場合の変
調信号であるため、両ロックインアンプ12,13の出
力はともに負の値となる。
【0029】以上述べたように、LDモジュール5に対
するフェルール1aの位置によって、光検出器8によっ
て検出される変調された光強度信号が変化するので、ロ
ックインアンプ12,13により位相検波することによ
り、LDモジュール5とフェルール1aのX軸方向およ
びY軸方向に関する光軸ずれ量をそれぞれ独立に検出す
ることができる。
【0030】本実施例によれば、LDモジュール5とフ
ェルール1aの光軸ずれが小さいときには、ピエゾ素子
3,4の振幅を小さくし、円運動の軌跡17の径を小さ
くするほど、精密な光軸ずれ検出が可能となる。したが
って、ロックインアンプ12,13の出力から、光軸ず
れが大きいときは発振器11の出力の振幅を大きくし、
光軸ずれが小さいときは発振器11の出力の振幅が小さ
くなるように制御することにより、高速・高精度な自動
光軸合わせが実現できる。
【0031】また、本実施例ではフェルールチャック2
を円運動させる駆動装置に、互いに直交して配置された
ピエゾ素子3,4を用いているが、これ以外にボイスコ
イルモータなどのアクチュエータも有効である。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動光軸
合わせ装置は、光ファイバの入射側端部を発光素子の光
軸に対し円運動させることにより、光ファイバを通る光
量に対しXY方向に位置変調をかけることができるの
で、参照信号が互いに90°異なる2台の位相検波器に
よりXY2方向の光軸ずれを同時かつ独立に検出できる
ため、発光素子と光ファイバの光軸合わせが高速かつ高
精度に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による自動光軸合わせ装置の一実施例を
示す構成図である。
【図2】図1に示すLDモジュールから出射されるレー
ザビームの強度分布を示すグラフである。
【図3】図1に示す光検出器で検出される変調された光
量信号を示すグラフである。図3(a)はピエゾドライ
バ9の駆動信号を参照信号として位相検波した時の様子
を示すグラフである。図3(b)は90°位相の異なる
ピエゾドライバ10の駆動信号を参照信号として位相検
波した時の様子を示すグラフである。
【図4】図1に示す光検出器で検出される変調された光
量信号を示すグラフである。図4(a),(b)は図3
と同様に互いに位相が90°異なる信号で位相検波した
時の様子を示すグラフである。
【図5】図1に示す光検出器で検出される変調された光
量信号を示すグラフである。図5(a),(b)はフェ
ルール1aの位置がX軸方向およびY軸方向ともにずれ
ている場合の変調信号を示すグラフである。
【図6】従来例の光通信用ファイバモジュールを組み立
てる作業の断面図である。
【図7】図6に示す投光モジュールの発光の様子を示す
グラフである。
【図8】図7に示す発光パターンの拡大図である。
【符号の説明】
1 光ファイバ 2 フェルールチャック 3 ピエゾ素子 5 LDモジュール 6 LDチャック 7,18 XYステージ 8 光検出器 9,10 ピエゾドライバ 11 発振器 12 ロックインアンプ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバの入射側の端部を保持する第
    1のチャックと、前記光ファイバの入射側の端部に対向
    する位置に発光素子を保持する第2のチャックと、前記
    第1のチャックと前記第2のチャックを相対的に一定周
    期で円軌道を描くように駆動せしめる駆動装置と、前記
    発光素子から出射され前記光ファイバに導入された光強
    度を測定する光検出器と、前記駆動装置の円運動と同一
    の周期の参照信号で前記光検出器の出力を位相検波する
    第1の位相検波器と、前記第1の位相検波器に入力され
    る参照信号と90°位相のずれた信号を参照信号として
    前記光検出器の出力を位相検波する第2の位相検波器
    と、前記第1の位相検波器の出力と前記第2の位相検波
    器の出力がゼロになる位置に前記第1のチャックと前記
    第2のチャックの相対位置を調整する調整ステージとを
    含むことを特徴とする自動光軸合わせ装置。
  2. 【請求項2】 前記駆動装置が互いに直交する2軸上に
    配置されかつ互いに90°位相の異なる正弦波信号で駆
    動される圧電素子であることを特徴とする請求項1記載
    の自動光軸合わせ装置。
  3. 【請求項3】 前記駆動装置が前記第1のチャックを駆
    動し、前記調整ステージが前記第2のチャックの位置決
    めを行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載
    の自動光軸合わせ装置。
  4. 【請求項4】 前記発光素子がレーザダイオードである
    ことを特徴とする請求項1または請求項2または請求項
    3記載の自動光軸合わせ装置。
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