JPS6365236B2

JPS6365236B2 -

Info

Publication number: JPS6365236B2
Application number: JP58076746A
Authority: JP
Priority date: 1983-04-30
Filing date: 1983-04-30
Publication date: 1988-12-15
Also published as: JPS59202277A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は精密な位置決めを必要とする光学用部
品の精密固定方法に関するものである。光フアイバを用いる光伝送方式に用いられる
Ｅ／Ｏコンバータ、光スイツチ、光アツテネータ
等の各種光デバイスなどにおいては、発光素子、
レンズ、プリズム、光コネクタ等の光部品を精密
に位置調整して光軸合せを行なつた後、それらの
光部品を固定する必要がある。これらの光デバイスの結合では、用いられる光
フアイバのコア半径が、多モードフアイバの場合
は20〜30μｍにすぎず、単一モードフアイバの場
合には僅か数μｍしかない。従つて、その結合ス
ポツトは極めて小さく、僅かな光軸のずれによつ
てもその結合レベル、即ち出力レベルが大きく低
下する。それ故、これらの光部品の固定方法としては、
精密に位置決めされた部品が、固定に際して変動
しないことが要求されると共に、固定後も温度変
化や衝撃に対して安定であることが必要であり、
かつ、固定方法自体の作業性も考慮されなければ
ならない。これらの光デバイスにおける固定方法は、一般
に光部品を粗調整して取付けた後、その結合系中
のレンズあるいは光コネクタを微調整して精密に
光軸合せを行なつて固定される。この場合、微調
整される光部品、例えば光コネクタを調整板に取
付け、この調整板を移動させて光軸合せを行な
い、調整板をネジ止めで固定する方法が採用され
ている。この方法は、固定後の経時変化による光
軸ずれの補正が容易であるという利点を有してい
るが、作業性が悪く、光デバイスの量産に適して
おらず、また、微調整部が複数ある場合、光デバ
イスの設計上の難点を生ずる。従つて、この方法
は次の接着方式と併用されて部分的に利用されて
いるにすぎない。接着によつて光部品を固定する場合、位置決め
される光部品は、接着固定される基台との間に設
けられた接着クリアランスの範囲で微調整され、
光軸合せを行なつた後、基台との間の接着クリア
ランスに置かれた接着剤を硬化させて固定する。
例えば、発光ダイオードと光フアイバとの結合に
おける光軸合せでは、第１図に示すような装置を
用いて、レーザダイオード１よりのレーザ光をロ
ツドレンズ２で集光し、光コネクタ３の光フアイ
バコード４の端面に当てる。この場合、レーザダ
イオード１と光コネクタ３とを予め固定してお
き、これにつり棒５に松ヤニの様な仮接着剤６で
仮止めしたロツドレンズ２を、基台７に設けられ
る受け溝８内に、該受け溝８とロツドレンズ２と
の間に位置調整に必要な接着クリアランスを有す
るよう設置する。そしてつり棒５を動かすことに
よつてロツドレンズ２を動かし、レーザダイオー
ド１よりの出射光が光コネクタ３に最大出力が出
射されるようにロツドレンズ２の位置出しを行な
い、受け溝８に置かれた接着剤９を硬化せしめて
ロツドレンズ２を固定する。接着剤９が充分硬化
したらつり棒５の仮接着６を外してロツドレンズ
２の固定が完了する。従来、このような固定方法において用いられる
接着剤としてはエポキシ樹脂接着剤が用いられ、
光軸合せのために比較的大きくとつた接着クリア
ランスからの流出を防ぐための粘度増加および硬
化収縮を小さくするための添加剤として50重量％
程度のアルミナ粉末が配合される。しかしなが
ら、トールシールと呼ばれるこのエポキシ系接着
剤は、その硬化時間が長く、光軸合せのために仮
接着されたつり棒を外し得るまでに硬化するのに
要する時間が、室温では８時間以上であり、硬化
の完了には24時間以上が必要であつた。従つて光
軸合せ固定のために用いる微動台の拘束時間が長
く、かつ、長い硬化時間中に外部からの振動や衝
撃による影響を受け易いため、その作業能率が低
いという欠点があつた。この作業性を改善するため、特願昭55−168707
号では、ロツドレンズに金属製スリーブを固定
し、光軸合せをした後に金属性スリーブを基台に
ハンダ付けする方法が提案された。この方法は作
業時間が短く、かつ、固定された光部品の光軸が
温度変化に対して安定であり、経時変化も小さい
という利点があるが、ハンダ付けの際の高温に対
して部品の保護が必要であり、また金属製スリー
ブの取付けのため部品の形状が制限されるので、
その利用対象が限定される。また、作業時間短縮のためにシアノアクリレー
ト系瞬間接着剤を使用することは、その硬化時間
が短か過ぎるために光軸合せが正確に行ない難
く、また、硬化後の温度変化、経時変化に対する
安定性向上のため及び粘度を向上させて接着時の
流れ出しを防止するために充填剤を混合すること
が困難であり、実用上問題がある。また、光硬化型の接着剤を用い、７〜50μｍの
小径のガラスビーズを混入して用いる方法もある
が、ガラスビーズの径が小さいため、光の散乱が
多く、深部に光が到達するまでに光の強さが減衰
し硬化に比較的長時間を要する。そのため、接着
剤に部分的に硬化速度の差が生じ、内部応力が発
生し、寸法精度が悪くなる。本発明は、位置合せに際して適度の流動性を有
し、速硬化性で、かつ、硬化後の径時変化および
温度変化による部品の移動の少ない接着方法を提
供するものである。すなわち、本発明は、光学用部品を基台上で精
密位置合せした後に固定する光学用部品の精密固
定方法において、前記光学用部品と基台との間の
接着クリアランスに、平均粒径が該接着クリアラ
ンスの20〜80％で、かつ、大部分が40〜400μｍ
の範囲にある無機質透明粒体を、光硬化型樹脂接
着剤１重量部に対して0.8重量部を超える量ない
し2.5重量部以下の量の範囲内で混在せしめた光
硬化型樹脂接着剤を介在せしめ、光学用部品を精
密に位置合せした状態で光を照射して接着剤を硬
化せしめることを特徴とする光学用部品の精密固
定方法である。本発明の光学用部品の精密固定方法に用いられ
る光硬化型樹脂接着剤としては、任意の光硬化型
樹脂接着剤を用いることができるが、可視光下で
の硬化進行が遅く、紫外線の照射によつて硬化す
る紫外線硬化型の速乾性の光硬化型樹脂接着剤を
用いることが好ましい。このような光硬化型樹脂接着剤としては変性ア
クリレート系の接着剤が市販されており、例えば
日本ロツクタイト社製ロツクタイト350、352およ
び358、スリーボンド社製TB3066、アミコン社
製UV−990−30並びにサマーズ社製UV−74等が
使用される。光硬化型樹脂接着剤に混合される粒体は無機質
透明体が用いられる。一般に光硬化型樹脂接着剤
は光の刺激によつて架橋反応が開始されるので、
接着剤層が厚い場合や、光源との間に不透明体が
置かれて光が届きにくい場合には硬化反応が起こ
りにくい。或る種の光硬化型樹脂接着剤では嫌気
性接着剤の性質を有していることから、一部分架
橋反応が進行するものがあるが、このような場合
でも、光照射が少ないと硬化の速度が遅い。本発明の光学用部品の精密固定方法において
は、接着剤中に混在する無機質透明粒体が、照射
光を拡散し、通常では光の届かない内部にまで光
を伝達し、かつ、透明粒体の有するレンズ効果に
より、接着剤層の内部まで光の減衰が少ない。従
つて、従来、光硬化型樹脂接着剤が使用できなか
つた光の届きにくい箇所の接着も精密に行なうこ
とができ、しかも内部における硬化反応の開始が
早いため、硬化ムラ、収縮ムラが少なくなつて、
固定精度を高めることができる。光硬化型樹脂接着剤に混合される無機質透明粒
体としては、例えば石英、ガラスの粒体であり、
その形状は任意であるが、接着剤中に混和された
ときの流動性や光の伝達の際のレンズ効果などの
点から、球状粒体であることが好ましく、これら
の点や、また入手の容易性からガラスビーズが最
も好適である。光硬化型樹脂接着剤に混合される無機質透明粒
体の径は、光学用部品と基台との間のクリアラン
スの20〜80％の大きさであり、好ましくは50％前
後の平均直径のものが用いられる。該接着クリア
ランスに比して無機質透明粒体の径が大きすぎる
場合には、接着に際して光学用部品の位置合せを
阻害し、また、無機質透明粒体の径が小さすぎる
場合には光硬化型樹脂接着剤に配合したとき、接
着剤の粘度を必要以上に増加させて接着剤の流れ
を悪くし、接着クリアランスの必要個所に接着剤
が行き届かないおそれがある。無機質透明粒体の混合量は光硬化型樹脂接着剤
１重量部に対し0.8重量部を超える量ないし2.5重
量部以下の量の範囲内であり、混合量が少ない場
合には、光硬化型樹脂接着剤自体の特性の影響が
大きく、硬化後の経時変化および温度変化が大き
くなり、また硬化時の収縮率も大きい。一方、粒
体の混合を多くすると接着剤の流れ性が悪くな
り、かつ、位置決めにあたつて粗大粒が微調整を
阻害するおそれがある。光硬化型樹脂接着剤と無機質透明粒体とは接着
に使用する際に混合してもよいが、予め混合して
おいて接着剤組成物として用意しておくこともで
きる。また、本発明の効果を大きく損なわない限
り、他の添加物を加えることができる。光学用部品の位置合せに際し、調整上必要なク
リアランスは一般に0.2〜0.5mmあれば足りるの
で、このクリアランスに適用される上記精密固定
用接着剤に配合される無機質透明粒体の径は、適
用される接着クリアランスに応じて、40〜400μ
ｍの範囲のものが用いられ、通常、平均粒径が
200μｍ程度のものが汎用性を有する。接着剤を接着クリアランスに適用するには、光
学用部品の位置合せ前でもよいし、または光学用
部品を精密に位置合せした後でもよい。接着剤が
接着クリアランス内に平均に分布し、かつ、配合
された透明粒体の偏在を避ける必要がある場合
は、光学用部品の位置合せの前に予め基台上の接
着部、例えば受け溝内８に必要量の接着剤を置
き、その上に部品を置いて位置合せを行なう。一
方、接着剤を置かない受け溝８内で部品の位置合
せをした後、受け溝８の両縁部に接着剤を置いて
もよい。この場合、光硬化による収縮は光学用部
品の両側で均等に起こつてつり合い、上下方向の
収縮変動は無いから、接着剤の硬化による部品の
固定位置の変動を最少限にとどめることができ
る。本発明における光学用部品の精密位置合せには
微動台を用いるのが便利である。第２図は第１図
に示すレーザダイオードと光フアイバとの結合に
おいてロツドレンズを微調整する状況の説明図で
ある。駆動回路１１よりの入力によりレーザダイ
オード１から出射された出力光はロツドレンズ２
によつて光コネクタ３に集光され、その結合効率
は光コネクタ３の光フアイバ４に入射された光を
光センサ１２で検出し、光パワーメータ１３で読
み取られる。ロツドレンズ２の位置には第１図に
示すように基台７が固定されており、その受け溝
８内には紫外線硬化型接着剤１重量部にガラスビ
ーズ＃80（粒径177〜250μｍ）２重量部を配合し
た接着剤が必要量だけ置かれており、その上にロ
ツドレンズ２の側部に瞬間接着剤で仮接着された
つり棒により、ロツドレンズ２が約0.25mmの接着
クリアランスを残して受け溝８内に光軸を合せて
置かれる（第１図）。ロツドレンズ２に仮接着さ
れたつり棒５はマグネツトスタンド１４で適当な
場所に固定された微動台１５のアーム治具１６に
支持され、微動台のマニピユレータ１７，１８お
よび１９を操作して、ロツドレンズを左右（Ｘ方
向）、上下（Ｙ方向）および前後（Ｚ方向）に微
調整し、光コネタク３よりの入射光が最大になる
位置を光パワーメータ１３の読み取りで求める。微動台１５による操作はつり棒５やアーム治具
１６に回転運動を与えたり、あるいは回転ステー
ジを取付けるなどの方法で、光学用部品の傾き調
整を行なうようにすることもできる。また、これ
らの微調整を光パワーメータ１３の出力と連動す
るステツプモータによつて自動化することも可能
である。光パワーメータ１３に最大出力の得られるよう
に、ロツドレンズ２の位置決めが完了したら、受
け溝８に置かれた接着剤９に硬化用の紫外線を照
射して、接着剤９を硬化せしめる。この場合、接
着剤の硬化収縮により、光学用部品の固定位置に
沈みを生ずる場合には、照射前に予め微動台１５
を操作してロツドレンズ２を、補正量として1.5
〜2.5μｍ程度Ｙ軸方向へ持上げておくことが必要
である。この補正量は用いられる接着剤９及び接
着クリアランスの巾によつて異るので、予め測定
しておくことが望ましい。硬化用紫外線の照射は、第３図に示すように、
接着剤９の斜め上方より紫外線ランプ２１，２２
により行なわれる。照射は接着部の両側から行な
うのが望ましいが、１側からだけでも充分硬化さ
せることができる。通常５〜10分照射し、数分放
置した後３〜５分再照射して硬化を確実にする。
照射は光フアイバ束を用いて行なうこともでき
る。接着剤９の硬化が完了したら、ロツドレンズ２
に仮止めしたつり棒５の仮接着６を外す。仮接着
６に用いる接着剤は、松ヤニ、ワツクス等加熱に
よつて容易に接着力を失うものが用いられるがシ
アノアクリレート系瞬間接着剤による接着が、早
く確実で、かつ、つり棒５を加熱することによつ
て容易に接着を解くことができるので有利に用い
られる。つり棒５の取外しの際、充分に接着が解除され
ないうちにつり棒５を動かすと、固定された光学
用部品に衝撃を与え、調整された位置に変動を与
えるおそれがあり、その場合には第４図に示すよ
うなバネ付アーム治具１６が用いられる。すなわ
ち、アーム治具１６の基部が微動台１５にピン２
３によつて回転自在に係止され、アーム治具１６
の中間部がバネ２５により上方に押されており、
これをつまみ２４によつて押下げて固定してあ
る。接着剤９が硬化した後、つり棒５を加熱する
際、つまみ２４をゆるめておくと、仮接着６の接
着力が充分弱まつたときにバネの力で仮接着６が
外れ、図に点線で示すように、アーム治具１６の
先端に固定されたつり棒５が上方へ逃げる。バネ
２３の力を適当に選ぶことにより、固定されたロ
ツドレンズ２の光軸に影響を殆ど与えないでつり
棒５の離脱を行なうことができる。本発明によつて固定されたロツドレンズ２を光
軸に直角に切断した断面図は第５図で示す通りで
ある。ロツドレンズ２と基台７の受け溝８との間
のクリアランスは約0.25mmであり、硬化した接着
剤９の中にガラスビーズ１０が均等に分散してい
るのが見られる。本発明の光学用部品の精密固定方法において、
光硬化型樹脂接着剤に無機質透明粒体を配合した
光硬化型樹脂接着剤を使用することの効果は、次
の実験によつて確かめることができる。実験１第６図は円柱状の部品を受け溝内に固定する場
合に、接着クリアランス内に置かれる光硬化型樹
脂接着剤（アミコン社製UV−990−30）５ｇに、
60〜240μｍのガラスビーズ7.5ｇ（重量比１：
1.5）、３〜20μｍの無水珪酸（SiO₂）粉末7.5ｇ及
び３〜20μｍのアルミナ（Al₂O₃）粉末7.5ｇをそ
れぞれ混合して、紫外線照射によつて硬化せしめ
た。接着される光学用部品に、例えばロツドレンズ
のような透明体を用いた場合には、３種の接着剤
はいずれも充分な硬化を示したが、部品として不
透明な例えば銅棒を用いた場合には、ガラスビー
ズを混入した接着剤にのみ充分な硬化状態が得ら
れたのに対し、他の２例では部品の下部に未硬化
部が残留していた。実験２また、第７図に示すように不透明体のカツプの
中に前記テストに用いたものと同様の３種の混合
接着剤を充填し、400μW／cm²の強度で紫外線を
60分間照射した後の接着剤の硬化深さＡは、ガラ
スビーズ混合の場合４mmであつたのに対し、他の
２種では表面から0.5mmまでしか硬化が見られな
かつた。実験３実験１において用いたガラスビーズの添加量
を、光硬化型樹脂接着剤に対して重量比で0.5及
び2.7の割合で用いて、実験１に記載される方法
で実施した結果、重量比で0.5の割合で用いた場
合は、硬化後の接着剤の熱膨張が大きく、光学用
部品として実用性が無かつた。また、重量比で
2.7の割合で用いた場合は、接着剤がパテ状とな
り接着剤塗布時の流れ込みが悪く、実用性が無か
つた。光硬化型樹脂接着剤を使用することによる本発
明の光学用部品の固定は、位置決めのための微調
整を含めても約30分以内で終了せしめることがで
き、しかも従来トールシール接着剤を用いて８時
間以上を要して接着固定する方法に劣らない優れ
た結合効率が得られる。また、固定後の温度変化
に対して極めて優れた安定性を示す。第８図は本発明の光学用部品の精密固定方法に
よる結合効率の変化を光フアイバ間の結合によつ
て測定した装置の概要を示し、光源３１からの光
を光フアイバ３２ケース３３上に固定された光コ
ネクタ３４に導く。ケース３３には光コネクタ３
４に相対して光コネクタ３５が固定され、両者を
セルホツクレンズ３６で結合し、その結合効率を
光コネクタ３５からの光フアイバ３７により光セ
ンサ３８および光パワーメータ３９で測定した。
セルホツクレンズ３６は第４図に示すようなバネ
付アーム治具のつり棒にアロンα253によつ

【表】て仮接着され、光軸合せを行ない、各種の接着剤
による接着前の結合効率と接着後微動台を取外し
た後の結合効率との間の変化量を測定した。ま
た、得られたフアイバ間の結合効率の温度変化に
よる変動量を５℃から40℃の間を６時間周期で温
度変化させて求めた。これらの結果を表−１に示
す。また、第２図に示したようなLEDモジユール
について同様な結合効率変化を測定したが、表−
１のNo.1及び２で用いたと同じ光硬化型樹脂接
着剤を用い、照射10分、再照射1.5分の硬化で固
定したときの結合効率の変化量は0.08dBであり、
５〜40℃の温度試験による変動量は0.2dBであつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図はLEDモジユールにおけるロツドレン
ズによる結合を示し、第２図は微動台による光軸
合せの説明図である。第３図が紫外線照射の説明
図、第４図はバネ付アーム治具の作動を説明する
縦断面図である。第５図は本発明によつて固定さ
れたロツドレンズの断面拡大図を示す。第６図お
よび第７図は配合物による光硬化性のテスト法を
示す図である。第８図は光フアイバ間の結合効率
測定装置を示す。図示された要部と符号との対応は次のとおりで
ある。１……発光ダイオード、２……ロツドレン
ズ、３……光コネクタ、４……光フアイバ、５…
…つり棒、６……仮接着、７……基台、８……受
け溝、９……接着剤、１０……光センサ、１１…
…駆動回路、１２……光センサ、１３……光パワ
ーメータ、１４……マグネツトスタンド、１５…
…微動台、１６……アーム治具、１７，１８，１
９……マニピユレータ、２１，２２……紫外線ラ
ンプ、２３……ピン、２４……つまみ、２５……
バネ、３１……光源、３２，３７……光フアイ
バ、３３……ケース、３４，３５……光コネク
タ、３６……セルホツクレンズ、３８……光セン
サ、３９……光パワーメータ。

Claims

【特許請求の範囲】１光学用部品を基台上で精密に位置合せした後
に固定する光学用部品の精密固定方法において、
前記光学用部品と基台との間の接着クリアランス
に、平均粒径が該接着クリアランスの20〜80％
で、かつ大部分が40〜400μｍの範囲にある無機
質透明粒体を、光硬化型樹脂接着剤１重量部に対
して0.8重量部を超える量ないし2.5重量部以下の
量の範囲内で混在せしめた光硬化型樹脂接着剤を
介在せしめ、光学用部品を精密に位置合せした状
態で光を照射して樹脂接着剤を硬化せしめること
を特徴とする光学用部品の精密固定方法。２光硬化型樹脂接着剤が、紫外線硬化性であ
る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。３無機質透明粒体がガラスビーズである、特許
請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。