JPS62190790A - 発光モジュールの組立方法および組立装置 - 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〕 この発明は半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子
と光ファイバーを結合する発光モジュールの組立装置に
係り、特に光源と光ファイバーの光軸の調整と調整後の
固定を行う装置の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は対象とする発光モジュールの構造を示す図であ
り、（１）はキャップ付発光器、（２１は光ファイバー
を保持するためのファイバーホルダー、（３）は光ファ
イバー、（４）は半導体レーザや発光ダイオード等の発
光素子、（５）は球レンズ、（６）はファイバ一端末、
（７）は発光モジュールから外部機器へ光を送り出すフ
ァイバー出射端、（８）はファイバーホルダー（２）と
ファイバ一端末ｆ６１を溶接して固定するための２軸固
定用溶接ケ所、（９）はキャップ付発光器（１）とファ
イバーホルダー（２）を溶接して固定するためＯｘｙ面
固定用溶接ケ所である。

組立装置が対象とする部品はキャップ付発光器（１）と
ファイバーホルダー（２）と光ファイバー（３）の３部
品であり９組立とはこの３部品を最適な位置に調整し固
定することをいう。

発光素子（４）から出た光は球レンズ（５）により集光
されて光フアイバ一端末（６）で保持された光ファイバ
ー（３）へ入射してファイバー出射端（７）から外部機
器へ出射される。

ファイバ一端末（６１の位置を移動しながら、ファイバ
ー出射端（７）からの光の量をモニタすると、ノ（ワー
が最大になる位置が存在するが、その状態で２軸固定溶
接ケ所（８）でＹＡＧレーザな矢印の方向へ発射してフ
ァイバーホルダー（２）とファイバ一端末（６）を溶接
して２軸（第３図の高さ方向）方向を固定し２次にｘｙ
面固定溶接ケ所（９ａ）と（９ｂ）から同時にＹＡＧレ
ーザを発射して固定する。

第４図は第３図で示される構造を持った発光モジュール
の組立作業のフローチャートである。簡単に説明すると
、光軸調整装置にキャップ付発光器（１）とファイバー
ホルダー（２）と光ファイバー（３）のファイバ一端末
（６）を作業者が部品装着０υして、光軸調整装置のス
タートを行う。

すると光軸調整装置はキャップ付発光器（１）から出て
くる光線の位置を見つけるため、キャップ付発光器（１
）がｘｙ平面内を等間隔で移動して光ファイバー（３）
へ光が入射する位置へ移動する動作を行う。この光線捜
索ａυで見つかった位置をスタート点にして、光ファイ
バー（３）へ光が最も太く入射する位置をｘｙｚの三次
元内で見つける動作（ｘｙｚビークサーチα２）を行う
。次にこの時のパワーレベルの確認ｔｉ３を行い、基準
レベル以下の場合は２作業者が光ファイバーな０軸方向
に回転して、治具に取付けなおす作業（０軸回転１１４
）を行って、　　ｘｙｚヒークサーチα２とパワーレベ
ルの確認＋１３を繰り返し、光ファイバー（３１への光
の入射レベルが基準レベルを越えた時に、その位置を固
定するために。

ファイバーホルダー（２）とファイバ一端末（６）をＹ
ＡＧ浴接により固定する作業（２軸ＹＡＧ溶接α９）を
行って発光素子（４）とファイバ一端末（６）の間隔を
固定する。ＹＡＧレーザで溶接を行うとファイバ一端末
（６１の位置がｘｙ面内で位置ずれを生ずるので、再び
光ファイバー（３）へ光が最も太く入射する位置をｘｙ
面内で捜す作業（ｘｙビークサーチα６１）“を光軸調
整装置を使って行う。次にパワーが最も入射するように
なった位置でキャップ付発光器（１）とファイバーホル
ダー（２）を向い合ったｘｙ面固定溶接ケ所（９ａ）と
（９ｂ）から同時にＹＡＧレーザを発射して固定する作
業（ｘｙ面ＹＡＧ溶接α７１）を行う。発光モジュール
は円筒で出来ているので、Ｘ７面の固定は付き合わせ部
分の円周上で数点（例えは２点×４回）行って引張強度
等に耐えられるように製造する。

よって、最初のｘｙ面固定溶接ケ所（９）での溶接後は
、全周溶接の完了確認（ＵＳがＯＫになるまで発光モジ
ュールを溶接角度回転α９を行ってｘｙ面ＹＡＧ溶接ａ
ηを繰り返し、全周溶接が完了すると、光軸の調整作業
と接合作業が終了し２発光モジユールの主な組立作業が
終了する。

以上で、この発明が対象とする発光モジュールの構造及
び組立作業フローについて説明を行って来たが９次にこ
の組立作業を行うための装置についての従来の装置につ
いて述べる。

第５図は例えば１１光フアイノく一通信デノ（イスの精
密組立を可能にした自動光軸調整機１１オプトロニクス
（１９８２）５に示された従来の組立装置を示すブロッ
ク図、第６図は第５図のステージ関係の機構を示す図で
あり９図において、■は組立の対象になる発光子ジュー
ル、　Ｃａｌ＋は光軸調整装置のステージ部、＠は光軸
調整装置の制御部、＠はＹＡＧレーザ溶接機、　Ｃ１４
１はステージ、ｆＢはステージ（財）を駆動するための
モータ、■はモータを動かすためのドライバー、＠は光
軸調整装置を制御するためのマイクロプロセッサ、０８
１は発光素子（４）を発光させるための光素子ドライ／
＜−、＠はキャップ付発光器（１）を電気的に接続する
ためのソケット、艶は光ファイバー（３）からの光パワ
ーをモニターするための光センサ−、Ｇυは検出器、ｃ
１７Ｊは操作盤、曽はＹＡＧ溶接のためのレーザレベル
、ノ（ルス巾等を設定するためのレーザ制御装置、Ｃ（
４１はレーザ発振器。

（ト）はレーザ発振器（財）からのレーザを分配するた
めの分岐ユニット、（至）はＹＡＧ溶接のだめの２軸固
定用対物レンズ、＠はｘｙ面固定用対物レンズ、（至）
は各ステージを乗せると共に、水平方向の基準面になる
水平定盤、ｃｌｌは水平定盤（２）に垂直でありＺ軸方
向に移動するステージ３　（２４ｃ）を固定するための
垂直定盤、（４Ｇはファイバーホルダー用保持治具、卿
は光ファイバー用保持治具、　１３は２軸固定用対物レ
ンズ（至）の位置を保持するためのマグネットスタンド
である。

従来の発光モジュールの組立装置は上記のように構成さ
れ２発光モジュール■を組立てるためには、キャップ付
発光器（１）のリード端子をソケット翰に挿入して９次
にファイバーホルダー（２）及び光ファイバー（３）の
部品を光軸調整装置に取りつけ。

ファイバー出射端（７）を光センサ−■に接続し、操作
盤（至）からスタートボタンを押すと、マイクロプロセ
ッサ鰭へ信号が送られ、光素子ドライバ儲を経由してソ
ケツ１１’９１からキャップ付発光器＋１１へ電流が送
られる。そして、キャップ付発光器（１）から出た光は
光ファイバー（３１を通って光センサ（至）によって光
から電気に変換され検出器０υにて、そのパワーレベル
が検出されてマイクロプロセッサいへ送られる。マイク
ロプロセッサ＠ではこの光のレベルの値とその時のＸ軸
、ｙ軸、２軸方向を移動するそれぞれのステージ１　（
２４ａ）ｔステージ２（２４ｂ）、ステージ３　（２４
ｃ）の位置の情報を１ｅ憶しておく。

マイクロプロセッサＱ７１はドライバー（２６ａ）　ｔ
　　ドライバー（２６ｂ）、ドライバー（２６ｃ）から
それぞれに対応したモータ（２５ａ）　、モータ（２５
ｂ）　、モータ（２５Ｃ）を経由してステージ１（２４
ａ）、ステージ２（２４ｂ）　、ステージ３　（２４Ｃ
）を移動させながら、　検出器Ｃ１１ｌからのパワーが
最大になる点を見つけていく。

以上のようにして光軸調整を完了すると、その状態で、
キャップ付発光器（１）とファイバーホルダー（２）及
びファイバ一端末の３部品をＹＡＧレーザ溶接機＠から
のＹＡＧレーザを２軸固定用対物レンズ（至）及びｘｙ
面固定用対物レしズＯりにより溶接して固定する。

レーザ制御装置−は作業者からの指令を受けるとレーザ
発振器（財）ヘトリガー信号を送るとともに。

あらかじめ設定されたレーザのレベルとパルス巾の情報
により発せられたレーザ光を分岐ユニット（至）へ送う
れ９分岐ユニット（ハ）ではレーザ制御装置（至）から
の情報により２軸固定用対物レンズ弼又はｘｙ面固定用
対物レンズ０７１の一方へＹＡＧレーザを供給する。作
業者が、２軸固定用溶接ケ所（６）の浴接を終了後対物
レンズをｘｙ面固定用溶接ケ所（９）へ移動させて使用
する場合には、ｚ軸周対物レンズ（至）とｘｙ面固定用
対物レンズＣ１ηは兼用できることは自明のことであり
分岐ユニット（ト）も不要である。

次にステージの構成について説明する。水平定盤（至）
の上にＸ軸方向に移動するステージ１　（２４ａ）が在
り、その上にｙ軸方向に移動するステージ２（２４ｂ）
が配置されており、キャップ付発光器（１）はステージ
２　（２４ｂ）の上に保持される。　ファイバーホルダ
ー（２１はキャップ付発光器（１）の上に来せ垂直定盤
−に連結されたファイバーホルダー用保持治具（４０に
固定される。

そしてファイバ一端末（６）はファイバーホルダー（２
）に多小挿入した状態で光ファイバー用保持治具卿に固
定され、光フアイバー保持治具（４１）はステージ３　
（２４ｃ）により垂直定盤ｃ１！Ｊの上を移動して２軸
方向に上下する。以上は光軸調整に使用されるステージ
関係の構造であるが、接合のための位置決めは作業者に
よりマグネットスタンド１２などにより２軸固定用対物
レンズ（イ）の位置決めが行われる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の発光モジュールの組立装置では、光
軸調整時に行うファイバ一端末（６）の０軸回転Ｉによ
る調整作業を行う場合は熟練作業者の経験に頼る必要が
あったり、調整後のＹＡＧ溶接による固定に関してはマ
グネットスタンド（４’ｌにより溶接位置をその都度作
業者が手動で位置決めを行う必要があるので光軸の調整
作業から接合作業までの組立時間が長くかかり、生産性
が上らないという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、熟練作業者の経験に和らずに一般の作業者が短時
間に発光モジュールを組立が可能になる発光モジュール
の組立装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る発光モジュールの組立装置は。

第１の手段としてｔＸ３’面内を移動可能なステージの
上に回転が可能なステージを取りつけて、その上にキャ
ップ付発光器を設定できるようにしており、第２の手段
は第１の手段のＸ方向、Ｘ方向。

０方向のステージにより発光源の位置をｘｙｏ軸の三次
元内で移動させると共に、光ファイバー゛の取付けられ
たステージを２方向で動かして、光ファイバーを最も効
率良く光が入射するようにマイクロプロセッサによりパ
ワーモニタしながら各ステージＣＸｔ　　ｙｙ　　Ｚｐ
　　Ｏ軸）を移動させて光軸調整を行う。

第３の手段は第２の手段により光軸調整された発光源と
光ファイバーの２軸方向を固定する為に２軸用対物レン
ズと発光モジュールの位置なマイクロプロセッサからの
指示により自動的に設定できる機構及び制御系を持って
いる。次に第４の手段は光ファイバーと発光源の光軸方
向に垂直な面つまりｘｙ軸方向を固定する為に発光モジ
ュールのキャップ付発光器とファイバーホルダーの付き
合わせ部の周上での溶接ケ所がマイクロプロセッサから
の指示で自動的に設定できる機構及び制御系を持ってい
る。そして、第５の手段としては、光軸調整装置のマイ
クロプロセッサからの要求に応じて、第３の手段又は第
４の手段と連動してＹＡＧ溶接を行うために２軸固定用
又はｘｙ面固定用対物レンズへ必要なパワーのレーザ光
を分配するためのシステム制御装置を持っている。

〔作用〕

この発明においては、Ｏ方向に回転するステージを追加
したことにより、光軸調整時のＯ軸の回転を自動的にマ
イクロプロセッサにより制御できるようになったことと
、光軸調整後のｘｙ面内のＹＡＧ溶接による固定も同一
の０ステージを回転させることにより発光モジュールの
周上に複数ケ所の溶接を自動的に行うことができる。

なお、第４図の発光モジュールの組立作業フローの中で
この発明において自動化された作業は。

パワーレベルの確認（Ｉ３１と０軸回転（１４１と２軸
ＹＡＧ溶接ｔｉＳとｘｙ面ＹＡＧ溶接ｔ１７１と全周溶
接の完了確認ｔＩＦｊと溶接角度回転である。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
第２図は第１図のステージ関係の機構を示す図であり、
Ｃ１［１−ｔ４２は上記従来装置と全く同一のものであ
る。（＋ａｄ）は０方向に回転するステージ４、　　（
２４ｅ）は２軸固定用対物レンズ（至）を移動させるた
めのステージ５，０３はシステム全体を制御及び管理す
るためのシステム制御装置ｔ’　（４４１はステージ５
　（２４ｅ）を駆動させるための支点、卿はｘｙ面固定
用対物レしズＯηを保持するための保持治具である。

上記のように構成された発光モジュールの組立装置にお
いては、第４図の作業フローチャートのうち９部品装着
αυを除いて全ての作業を自動で行うことが可能になる
。

ステージ２　（２４ｂ）の上に取付けられたステージ４
　（２４ｄ）によりキャップ付発光器（１）を回転させ
ることができ、０軸回転■の調整作業が可能になり。

パワーレベルの確認（１３１の作業はマイクロプロセッ
サのにより自動的に判定可能になる。ｘｙｚｏの４軸方
向での光軸調整作業を終了するとマイクロプロセッサ（
５）はステージ５　（２４ｅ）を皮膚（財）を中心にし
て回転させて２軸固定用対物レンズ（至）を溶接位置ま
で移動させるとともに、システム制御装置（４３へ溶接
要求の信号を出す。すると、システム制御装置（４３か
らレーザ制御装置（ハ）へ送られたデータにより分岐ユ
ニット（至）からＹＡＧレーザ光が２軸固定用対物レン
ズ（至）へ供給されて、　　ｚ＠ＹＡＧ溶接（Ｉ９の接
業が自動的に行われる。ｘｙ面内のＹＡＧ溶接について
は、ステージ２　（２４ｂ）の上に設定された保持治具
（４５ａ）と保持治具（４５ｂ）で位置決めされたｘｙ
面固定用対物レンズ（３７ａ）と（３７ｂ）により同時
に向い合った２ケ所から発射されて９次にステージ４（
２４ｄ）を浴接角度分だけ回転してレーザを発射する動
作を繰り返す。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり１機構的には回転するス
テージを追加することにより、光軸調整装置とｘｙ面固
定用の溶接角度回転にも使用できるようにして、マイク
ロプロセッサで自動的に光軸調整を行い、接合をシステ
ム制御装置の制御で自動的に行えるようにしたことによ
り、従来は熟練作業者が長時間をかけて行っていた発光
モジュールの組立作業が簡単に行えるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図。 第２図は第１図のステージ関係の機構を示す図。 第３図は対象とする発光モジュールの楊造を説明するた
めの図、第４図は発光モジュールの組立作業フローを説
明するための図、第５図は従来の組立装置を示すブロッ
ク図９．、第６図は第５図のステージ関係の機構を示す
図である。 図において、（１）はキャップ付発光器、（２１はファ
イバーホルダー、（３）は光ファイ／＜　＋、　（４１
は発光素を付して示しである。 子、（５）は球レンズ、（６）はファイバ一端末、（７
）はファイバー出射端、（８）は２軸固定用溶接ケ所、
（９）はｘｙ面固定用溶接ケ所、　（１１）は部品装着
、　　ｆｉｌ）は光線捜索、　ｎｚはｘｙｚビークサー
チ、０３１はパワーレベルの確認、（１４１はＯ軸回転
、αりはＺ　ｌ１１１　ＹＡＧ溶接、　＋１６１はｘｙ
ビークサーチ、ａ？１はｘｙ面ＹＡＧ溶接、ｕは全周溶
接の完了確認、α９は溶接角度回転、■は発光モジュー
ル、（２Ｄは光軸調整装置のステージ部、＠は光軸調整
装置の制御部、Ｃ１０はＹＡＧレーザ溶接機。 （財）はステージ、２５１はモータ、翰はドライバー、
鉤はマイクロプロセッサ、＠は光素子ドライバ、＠はソ
ケット、（至）は光センサ−，６υは検出器、ｃ（２は
操作盤、３３１はレーザ制御装置ｔ　ｃ！Ａ＋はレーザ
発振器。 （ハ）は分岐ユニット、（至）はｚ１１ｑＩＩ固定用対
物レンズ。 罰はｘｙ面固定用対物レンズ、（至）は水平定盤。 ０９は垂直定盤、（４Ｇはファイバーホルダー用保持治
具、（４υは光ファイバー用保持治具、（４ｚはマグ坏
ットスタンド、（４３はシステム制御装置、（２）は支
点。 嘔は保持治具である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. キャップ付発光器をｘ方向、ｙ方向及びｏ方向に移動可
   能な第１の手段と、前記第１の手段によりキャップ付発
   光器をｘ、ｙ、ｏの三次元内で移動させると共に光ファ
   イバーをｚ方向に移動させて光フアイバーへ最も光が入
   射する位置を求める第２の手段と、前記第２の手段を動
   作後に光ファイバーと発光源のＺ軸方向を固定するため
   にＺ軸固定用対物レンズと発光モジュールの位置関係を
   自動的に設定できる第３の手段と、前記第３の手段を動
   作後に光ファイバーと発光源のｘｙ軸方向を固定するた
   めに発光モジュールの周上の溶接ケ所が自動的に設定で
   きる第４の手段と、上記第３の手段又は前記第４の手段
   と連動してＹＡＧレーザ溶接機からのレーザ光をＺ軸固
   定用又はｘｙ面固定用対物レンズへ分配するための第５
   の手段とを具備し、光軸の調整から固定までを自動で行
   うことを可能にしたことを特徴とする発光モジュールの
   組立装置。