JPWO2016117472A1 - 光学装置の光軸調芯方法および装置ならびに光学装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、光学装置の光軸調芯方法などに関する。最初にレンズホルダおよびホルダベースを撮像して、レーザ光照射前の外形情報を取得する（Ｑ１）。次に、コリメートレンズから出射した光束の位置情報を検出する（Ｑ２）。次に、レーザ光を照射して塑性変形させ、コリメートレンズの位置を調整する（Ｑ３）。次に、レンズホルダおよびホルダベースを撮像して、レーザ光照射後の新たな外形情報を取得する（Ｑ４）。次に、コリメートレンズから出射した光束が進行する光路の新たな位置情報を検出する（Ｑ５）。光軸調芯が許容範囲でなければ、レーザ光照射の前後で得られた外形情報及び／又は位置情報に基づいて、レーザ光照射条件を変更し（Ｑ７）、レーザ光照射によるレンズ位置調整（Ｑ３）を繰り返す。こうした手法により、光軸調芯を高精度かつ短時間で実施できる。

Description

本発明は、光学装置の光軸調芯方法および装置ならびに光学装置の製造方法に関する。

近年、光ネットワークの通信トラフィック量は増大しており、高い通信容量を持ち、より小型で、低消費電力である光通信モジュールが求められている。例えば、下記特許文献１には、波長の異なる４つのレーザ光源と１つの光合波器とを、４つのレンズを用いて光学的に結合し、高い通信容量を持ち、かつ小型の光通信モジュールが開示されている。この従来の光通信モジュールでは、４つのレーザ光源を、それぞれ高い光結合効率、かつ光結合効率のばらつきが小さくなるように実装する必要がある。このため、４つのレーザ光源とレンズと光合波器を高精度に組み立てることが要求される。

以下、複数のレーザ光源を１つの光合波器によって、光結合させる構造の光集積モジュールの組立方法について、先行事例を紹介しながら、説明する。

特許文献１には、レーザ光源からの光を検出しながら、レンズの位置を移動させることによって光軸調芯を行ない、半田付けまたはＹＡＧ溶接によりレンズを固定するという方法が開示されている。この方法では、レーザ光源からの光を検出しながら、レンズを動かして固定するため、部材公差の影響および前工程で生じた位置ずれの影響を吸収することが可能となり、高い光結合効率を得られる。しかしながら、レンズ固定の際に生じた位置ずれによって、光結合効率が低下するという問題がある。さらに、複数のレーザ光源と１つの光合波器とを光結合させる際に、各レンズの位置ずれ量にばらつきが発生するため、各レーザ光源間の光結合効率にばらつきが生じてしまうという問題点がある。

特許文献２では、レンズ固定後に、レンズホルダに対して外力を加えることによって、レンズホルダを塑性変形させ、レンズ固定位置を補正することで光結合効率を上げる方法が開示されている。しかしながら、小型化集積化を求められる光通信モジュールにおいては、ピンセット等で外力を与える際に、隣のレンズホルダと干渉し、調整が困難である。また、こうした補正作業は人手作業のため、作業時間が長くなるという課題が残る。

さらに、特許文献３，４では、レーザ光照射による照射点の溶解・凝固に伴う収縮を用いて光軸を調整する方法が開示されている。この手法では、１つの発光素子を収納した円筒筐体に対してあらゆる方向からレーザ光を照射して微調芯を行うことが可能である。複数の発光素子と複数のレンズを同一基板上に配置することにより、当該基板と素子、光合波器の実装精度向上が図れるが、同一の基板上に複数のレンズホルダを配置した場合、あらゆる方向からレーザ照射による調芯は困難である。

特許文献５では、レンズホルダを塑性変形させ、レンズ固定位置を補正する手段としてＹＡＧレーザを用いて、レンズホルダに対して非接触で補正作業を実施している。また、ＹＡＧレーザの照射方向を一定方向に限定することで、１つの光通信モジュール内に複数のレンズを実装する場合でも、個々のレンズ位置を補正することが可能である。

米国特許出願公開第２０１１／００１３８６９号明細書 特開平２−３０８２０９号公報 特開２００５−４３４７９号公報 特開２００５−２１４７７６号公報 特開２０１３−２３１９３７号公報

集積型光通信モジュール内に複数のレンズを、サブμｍオーダーの精度で実装する場合、レンズを固定した際に生じる位置ずれが問題となる。こうした位置ずれに対しては、固定後にレンズ位置を再び補正することによって、サブμｍオーダーの精度でレンズを実装することが可能である。

しかしながら、レンズ位置を再補正する回数が増加するほど、光軸調芯時間が長くなり、その結果、生産性が低下することになる。

本発明の目的は、光軸調芯を高精度かつ短時間で実施できる光学装置の光軸調芯方法および装置ならびに光学装置の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る光学装置の光軸調芯方法は、
光軸を有するレンズと、
該レンズを保持する保持部材と、
該保持部材が固定されるベース部材とを備える光学装置の光軸調芯方法であって、
前記レンズから出射した光束が進行する光路の第１位置情報を検出するステップと、
前記保持部材および前記ベース部材の外形を撮像して第１外形情報として取得するステップと、
前記第１位置情報および前記第１外形情報に基づいて、前記保持部材および前記ベース部材の少なくとも一方にレーザ光を照射して塑性変形させることにより、光軸に対して垂直な面内で前記レンズの位置を調整して、次にレーザ光を照射する時の照射位置または照射量を変更するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明において、前記位置調整した後の前記レンズから出射した光束が進行する光路の第２位置情報を検出するステップと、
前記位置調整した後の前記保持部材および前記ベース部材の外形を撮像して、第２外形情報を取得するステップと、
前記第１位置情報および前記第２位置情報、並びに前記第１外形情報および前記第２外形情報に基づいて、次にレーザ光を照射する時の照射位置または照射量を変更するステップと、をさらに含むことが好ましい。

本発明において、前記照射位置または照射量を変更するステップにおいて、
前記レンズを水平方向に調整する場合にはレンズを保持する保持部材の上面にレーザ光を照射し、前記レンズを垂直下方向に調整する場合には、前記保持部材の上面でかつ前記レンズの中心軸上にレーザ光を照射し、前記レンズを垂直上方向に調整する場合には前記保持部材が固定されるベース部材の上面にレーザ光を照射することが好ましい。

本発明において、前記照射位置または照射量を変更するステップにおいて、
前記レンズを垂直下方向に調整する場合に、前記保持部材と前記ベース部材を固定する左右２か所の固定位置と前記レンズの間の位置にレーザ光を照射することが好ましい。

本発明において、前記光学装置は、
１つ以上の光源と、
前記レンズとして、該光源と光結合するコリメートレンズと、
該コリメートレンズと光結合する光合波器と、
前記光源、前記ベース部材および前記光合波器が搭載される基板とを備える光通信モジュールであることが好ましい。

また本発明に係る光学装置の光軸調芯装置は、
光軸を有するレンズと、
該レンズを保持する保持部材と、
該保持部材が固定されるベース部材とを備える光学装置の光軸調芯装置であって、
前記レンズから出射した光束が進行する光路の位置情報を検出する位置情報検出部と、
前記保持部材および前記ベース部材の少なくとも一方にレーザ光を照射して塑性変形させるためのレーザ光照射部と、
前記位置情報検出部で検出した位置情報に基づいて、レーザ光の照射位置または照射量を設定するコントローラ部と、
前記保持部材および前記ベース部材の外形を撮像して、外形情報を取得する外形撮像部とを備え、
前記コントローラ部は、前記外形撮像部で取得した外形情報に基づいて、レーザ光の照射位置または照射量を変更することを特徴とする。

本発明において、前記位置情報検出部は、受光素子と、
前記レンズから出射した光束を該受光素子の受光面上に集光するための結像レンズとを
備え、
該結像レンズは、入射側の焦点距離が無限大であることが好ましい。

また本発明に係る光学装置の製造方法は、
光軸を有するレンズを用意するステップと、
該レンズを保持する保持部材を用意するステップと、
該保持部材が固定されるベース部材を用意するステップと、
前記レンズ、前記保持部材および前記ベース部材を組み立てるステップと、
前記レンズから出射した光束が進行する光路の第１位置情報を検出するステップと、
前記保持部材および前記ベース部材の外形を撮像して第１外形情報として取得するステップと、
前記第１位置情報および前記第１外形情報に基づいて、前記保持部材および前記ベース部材の少なくとも一方にレーザ光を照射して塑性変形させることにより、光軸に対して垂直な面内で前記レンズの位置を調整して、次にレーザ光を照射する時の照射位置または照射量を変更するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光を照射してレンズの位置を調整するステップの前後において、光束の光路に関する位置情報をそれぞれ取得することによって、レーザ光の照射条件と光束の光路変化との関連付けが可能になる。そのため、レンズ位置調整の際にレーザ光の照射条件の最適化を図ることができ、光軸調芯を高精度かつ短時間で実施することが可能になる。

本発明が適用可能な光送信用モジュールの一例を示す構成図である。 レンズホルダの構成の一例を示す斜視図である。 図１に示す光通信モジュールの組立手順の一例を示すフローチャートである。 コリメートレンズを＋Ｙ方向に位置補正する様子を示す説明図である。 コリメートレンズを−Ｙ方向に位置補正する様子を示す説明図である。 コリメートレンズを−Ｘ方向に位置補正する様子を示す説明図である。 本発明に係る光軸調芯装置の構成を示す説明図である。 本発明に係る光軸調芯装置の電気的構成を示すブロック図である。 レンズ把持部の構成を示す説明図である。 本発明に係る光軸調芯方法の一例を示すフローチャートである。 レンズホルダの構成の一例を示す斜視図である。 コリメートレンズを−Ｙ方向に位置補正する様子を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、本発明が適用可能な光送信用モジュールの一例を示す構成図である。光通信モジュールは、波長分割多重方式など、光信号を複数の通信チャネルで同時に送信できる機能を備える。ここでは、４本の通信チャネルについて例示するが、２〜３本または５本以上の通信チャネルについても同様に構成できる。

光通信モジュールは、４つのレーザ光源１と、４つのレンズホルダ４と、光合波器１０と、キャリア基板６などで構成される。本実施形態では、理解容易のため、レーザ光源１の光軸方向をＺ方向とし、光軸方向に対して垂直で、キャリア基板６の主面に対して平行な方向をＸ方向とし、光軸方向に対して垂直で、キャリア基板６の主面に対して垂直な方向をＹ方向とする。

レーザ光源１は、半導体レーザで構成され、波長分割多重方式の場合、互いに異なる中心波長（１３００ｎｍ〜１５００ｎｍ）を有する光を発生する。レーザ光源１は、サブマウント（不図示）上に半田、接着剤などで接合されており、サブマウントは、キャリア基板６上に半田、接着剤などで固定される。レーザ光源１には、駆動回路、変調回路等が接続され、外部からのデジタル信号に基づいて高速変調された光パルスを発生する。図１においては、レーザ光源１は、１つの素子に対して１つのレーザ発光部が形成されているが、１つの素子内で複数のレーザ発光部が形成された素子を用いてもよい。

レンズホルダ４は、各レーザ光源１から出力されるレーザ光束を平行光１１に変換するコリメートレンズ２を保持している。平行光１１にされたレーザ光は、光合波器１０によって、理想的にはＸＹ平面上で同一箇所に集められ、続いて集光レンズ１２によってスポット状に集光され、光ファイバ（不図示）に結合される。ここで、実際には各レーザ光源１からの光束をコリメートレンズ２により変換して得られる平行光１１のＸＹ平面上の位置は、各レーザ光源１、光合波器１０の製造ばらつき、実装位置ばらつきによって必ずしも一致しないが、集光レンズ１２によって光ファイバに結合される際に、光ファイバを介して測定される光出力が低下しない程度に抑えることが望ましい。

図２は、レンズホルダ４の構成の一例を示す斜視図である。コリメートレンズ２は、ガラス、シリコンなどの赤外光を透過できる材料で形成されている。図２において、コリメートレンズ２は、レンズ筒３に収納され、レンズホルダ４により保持されているが、代替として、レンズ筒３を省いてコリメートレンズ２をレンズホルダ４により直接保持してもよい。なお、レンズ筒３は、金属で形成されており、レンズホルダ４に固定されている。

レンズホルダ４に対する固定方法は、半田付け、接着剤、ＹＡＧレーザ溶接が挙げられる。半田付けで固定する場合は、レンズ鏡筒３とレンズホルダ４の接合面に金メッキを施すことが望ましい。また、接着剤で固定する場合は、金メッキを施さない。また、ＹＡＧレーザ溶接で固定する場合は、レンズ筒３およびレンズホルダ４は、ＹＡＧレーザ光の波長に対する吸収率の高いステンレス鋼、珪素鋼板などで形成するのが望ましいが、レンズ筒３およびレンズホルダ４のどちらか一方だけをステンレス鋼、珪素鋼板などで形成してもよい。また、レンズ筒３を介さずに、コリメートレンズ２をレンズホルダ４にて直接保持する場合は、ＹＡＧレーザ溶接は使用せず、半田付け、接着剤などで保持することが望ましい。

本実施の形態では、レンズ筒３およびレンズホルダ４はＹＡＧレーザ溶接にて固定されており、両者の材質はステンレス鋼、珪素鋼板など、ＹＡＧレーザ光に対する吸収率が高い材料を用いた場合について説明している。

レンズホルダ４は、Ｘ方向に沿って延びる水平部材４１と、水平部材４１の両端からＹ方向に沿って延びる２つの垂直部材４２ａ，４２ｂなどを備え、いわゆる門型の形状に形成される。コリメートレンズ２は、レンズ筒３に収納され、Ｚ方向に光軸を有するようにレンズホルダ４の水平部材４１に固定され、一方、垂直部材４２ａ，４２ｂは、ベース部材として機能するホルダベース５に固定され、全体としてレンズ機構部品７を構成している。なお、レンズホルダ４は、ホルダベース５と溶接固定されるため、レンズホルダ４の下端面およびホルダベース５の側面に溶接代を確保することが好ましい。

さらに、レンズ機構部品７は、キャリア基板６上に固定されている。ここで、レンズホルダ４に固定するコリメートレンズ２は、図２に示すようなレンズ筒３を使用せずに、レンズホルダ４の内側形状に適合した角型形状でも良い。この場合、レンズ２とレンズホルダ４は、半田付けまたは接着剤で固定する。また、レンズ機構部品７とキャリア基板６の固定は、半田付け、接着剤、ＹＡＧレーザ溶接が挙げられる。半田付けで固定する場合は、キャリア基板６とレンズ機構部品７の接合面、即ち、キャリア基板６の上面およびホルダベース５の底面に金メッキを施すことが望ましい。また、接着剤で固定する場合は、金メッキを施さない。また、ＹＡＧレーザ溶接で固定する場合は、ホルダベース５およびキャリア基板６は、ＹＡＧレーザ光の波長に対する吸収率の高いステンレス鋼、珪素鋼板などで形成するのが望ましいが、ホルダベース５だけをステンレス鋼、珪素鋼板などで形成してもよく、キャリア基板６の材料として、ＹＡＧレーザ光に対する吸収率が低い材料、例えば、銅タングステンを用いてもよい。

光合波器１０は、コリメートレンズ２から出射した各平行光１１を光合波器１０の出射側においてＸＹ平面上で、理想的には同一箇所に集め、かつ上記平行光１１のビーム角度を一致させて、集光レンズ１２に入射させる機能を有する。ここで、光合波器１０は、上述のように、複数の平行光１１を同一角度にて集光レンズ１２に入射させればよく、光合波器１０に入射する各平行光１１の角度が、光合波器１０の出射側にて同一角度になっていればよい。即ち、光合波器１０に同一角度の平行光１１を入射し、それぞれの角度を変えずに光合波器１０の出射側にてＸＹ平面上の同一箇所に各平行光１１を集めることができればよい。代替として、入射時の平行光１１の角度ばらつきを補正し、出射側にて同一角度になるような光合波器１０を用いてもよい。なお、本実施形態においては、本発明に係る光合波器１０は、入射する平行光１１の角度を変えずに出射側にてＸＹ平面上の同一箇所に各平行光１１を集めることが可能なものである。

［組立手順の説明］
図３は、図１に示す光通信モジュールの組立手順の一例を示すフローチャートである。まずステップＳ１において、コリメートレンズ２を保持したレンズホルダ４とホルダベース５をレンズ機構部品把持機構を用いて把持する。

次にステップＳ２において、キャリア基板６上に予め実装した複数のレーザ光源１に対してレンズ機構部品７のＸＹＺ方向の位置を調整し、レーザ光源１から出射される光が平行光１１になるように光軸調芯を行う。このとき平行光１１の角度は、キャリア基板６のＸ軸周りに対して平行かつ、Ｙ軸周りに垂直となるように調整することが望ましい。

次にステップＳ３において、ホルダベース５に対してレンズホルダ４を固定する。ここで、上記固定方法は、半田付け、接着材、ＹＡＧレーザ溶接が挙げられるが、本実施形態では、ＹＡＧレーザ溶接で固定する場合について説明している。なお、半田付け、接着剤を用いる場合は、前述の通り、レンズホルダ４およびホルダベース５の接合面に金メッキ等の表面処理を施す必要がある。さらに、後述する本組立手順を用いた光軸調芯組立装置においても、半田、接着剤の塗布機構、上記接合剤を硬化させるための機構（加熱または紫外線照射）が必要となる。ここで、レンズホルダ４とホルダベース５を固定した際に、調整したコリメートレンズ２は僅かな位置ずれを引き起こす。そのため、両者を固定する際は、予め固定後の位置ずれ量を考慮し、調整位置をずらしておく方が望ましい。

次にステップＳ４において、上記で固定したレンズ機構部品７を再度光軸調芯する。ここで、Ｙ方向については、レンズホルダ４とホルダベース５が既に固定されており調整できないため、ＸＺ方向のみ光軸調芯を行う。

次にステップＳ５において、レンズ機構部品７をキャリア基板６上に固定する。キャリア基板６への固定方法は、レンズホルダ４とホルダベース５の固定にて説明した方法（半田付け、接着剤、ＹＡＧレーザ溶接）が挙げられるが、本実施形態では、ＹＡＧレーザ溶接で固定している。このとき、ホルダベース５とキャリア基板６の面合わせを行っておくことが望ましい。

最後にステップＳ６において、キャリア基板６に対してホルダベース５を固定した際のコリメートレンズ２の位置ずれを補正する。このときコリメートレンズ２を保持したレンズホルダ４およびホルダベース５にＹＡＧレーザ光を照射し、熱変形させることでコリメートレンズ２の位置を補正する。

レーザ光照射により光軸調芯を行う手法は、特許文献５（特開２０１３−２３１９３７号公報）に記載されており、以下ではその一例について説明する。＋Ｙ方向、つまり垂直上方向にコリメートレンズ２を位置補正する場合は、図４に示すように、ホルダベース５上のＡ部にＹＡＧレーザ光１３を照射する。また、−Ｙ方向、つまり垂直下方向にコリメートレンズ２を位置補正する場合は、図５に示すように、レンズホルダ４の水平部材４１の軸ａ上のＢ部にＹＡＧレーザ光１３を照射する。

次に、Ｘ方向、つまり水平方向にコリメートレンズ２を位置補正する場合は、図６に示すように、レンズホルダ４の水平部材４１のＣ部にＹＡＧレーザ光１３を照射する。このときＹＡＧレーザ照射位置であるＣ部を、コリメートレンズ２の中心軸である軸ａから＋Ｘ方向にずらすことで、コリメートレンズ２の位置を−Ｘ方向に補正できる。また、Ｃ部をコリメートレンズ２の中心軸から−Ｘ方向にずらすことで、コリメートレンズ２位置を＋Ｘ方向に補正できる。

以上のように、レンズホルダ４およびホルダベース５にＹＡＧレーザ光１３を照射する位置を変えることで、±Ｘ方向および±Ｙ方向にコリメートレンズ２の位置を補正することができる。さらに、ＹＡＧレーザ光１３の照射量を変えることで、コリメートレンズ２の位置補正量をサブμｍオーダーで調整可能となる。

図１１は、本実施形態におけるレンズホルダ４の構成を示す斜視図である。実施の形態１と同様に、コリメートレンズ２は、ガラス、シリコンなどの赤外光を透過できる材料で形成され、レンズ筒３に収納されている。レンズ筒３はレンズホルダ４により保持されているが、代替として、レンズ筒３を省いてコリメートレンズ２をレンズホルダ４により直接保持してもよい。なお、レンズ筒３は、金属で形成されており、レンズホルダ４に固定されている。本実施形態では、レンズホルダ４はＸ方向からみてＬ字型となっており、ホルダベース５とは溶接位置８にてＹＡＧレーザ溶接されている。溶接位置８はコリメートレンズ２の中心軸を通るＹＺ平面に対称な位置を少なくとも２点同時にＹＡＧレーザ溶接されている。

−Ｙ方向つまり垂直下方向にコリメートレンズ２を位置補正する場合に、図１１に示す保持部材とベース部材が固定される左右２か所の溶接位置８とコリメートレンズ２の間で、レンズホルダ４とホルダベース５が接する領域にＹＡＧレーザ光を照射することでも調整できる。

図１２は図１１のレンズ２の中心軸を通るＹＺ平面における断面図である。図１２の破線箇所が前述するレーザ光の照射領域である。本領域をレンズホルダ４とホルダベース５をＹＡＧレーザ溶接固定する際と同様に、コリメートレンズ２の中心軸を通るＹＺ平面に対称な位置に２点同時レーザ光を照射することでコリメートレンズ２を−Ｙ方向に位置補正することができる。本実施形態によって、コリメートレンズ２の位置補正だけでなく、レンズホルダ４とホルダベース５の固定、ホルダベース５とキャリア基板６の固定に関してもＹＡＧレーザの照射方向を一定方向（＋Ｙ方向）から行うことができ、図７に示す光軸装置において、ＹＡＧレーザヘッド調整部１３０に回転機構が不要となり装置構成を簡略化できる。

［光軸調芯組立装置の説明］
図７は、本発明に係る光軸調芯装置の構成を示す説明図であり、図８は、その電気的構成を示すブロック図である。光軸調芯装置１００は、レンズ把持部１１０と、光素子位置合わせ部１２０と、ＹＡＧレーザヘッド調整部１３０と、光検出器１４０と、ワーク認識部１５０と、装置全体の動作を制御するコントローラ１０１などで構成される。

図９は、レンズ把持部１１０の構成を示す説明図である。レンズ把持部１１０は、レンズホルダ４を把持するホルダ把持機構１１１と、ホルダベース５を把持するベース把持機構１１２と、ホルダ把持機構１１１およびベース把持機構１１２を搭載し、モータにより駆動するＹ軸ステージ１１３と、ベース把持機構１１２に対してホルダ把持機構１１１をＹ軸方向に調整可能なＹ軸サブステージ１１４などで構成される。ここで、Ｙ軸ステージ１１３は、キャリア基板６の主面に対して垂直なＹ軸方向に移動可能である。さらに、上記のホルダ把持機構１１１およびベース把持機構１１２は、スライド機構１１５を介してＹ軸ステージ１１３上に固定されている。また、このスライド機構１１５には、上記のＹ軸サブステージ１１４が設置される。

なお、前述の組立手順において、キャリア基板６に対してホルダベース５を固定する際に、Ｙ軸ステージ１１３をＹ軸方向に駆動させ、ホルダベース５をキャリア基板６に押し付けている。そこで、ホルダベース５とキャリア基板６が接触したことを検知する接触センサ１１６を、レンズ把持部１１０に搭載していることが望ましい。ホルダベース５がキャリア基板６に接触すると、スライド機構１１５がステージ移動方向とは逆方向に変位することから、このときの変位を接触センサ１１６が検知する。接触センサ１１６は、例えば、変位量を測定可能な接触式の変位センサであるが、これに限定されない。

図７に戻って、光素子位置合わせ部１２０は、レーザ光源１を載せたキャリア基板６を保持する光素子取り付け用カセットと、光素子調芯ステージなどで構成される。光素子取り付け用カセットは、キャリア基板６を把持する機構（図示せず）とレーザ光源１への給電機構（図示せず）を備えている。光素子調芯ステージは、ＸＹの２軸方向に加え、ＸＹＺ軸回りの回転方向Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの３軸方向で、計５軸方向に移動、回転が可能な機構である。ここで、光素子位置合わせ部１２０においては、光合波器１０を把持する機構と、光合波器１０の把持位置を調整する機構とを設けてもよい。なお、光合波器１０の把持位置調整機構を設ける場合は、調整軸数は特に限定しない。

ＹＡＧレーザヘッド調整部１３０は、ＹＡＧレーザヘッドの位置を、好ましくはＸＹＺ方向に調整可能なステージに設置される。ＹＡＧレーザヘッドは、レンズ把持部１１０に対して対称となるように複数個所に設置される。

光検出器１４０は、レーザ光源１から出射される光、例えば、赤外光に対して感度の高い２次元状の受光素子と、コリメートレンズ２によって変換された平行光１１を該受光素子の受光面上に集光するための結像レンズと、受光素子および結像レンズをＸＹＺ方向に調整可能なステージと、ＸＹＺ周りにそれぞれ調整可能な回転ステージなどで構成されている。ここで、結像レンズは、平行光１１の角度を検出可能なように、結像レンズに対する平行光１１の入射側の焦点距離が無限大のレンズを用いている。

ワーク認識部１５０は、レンズ把持部１１０のＹ軸ステージ１１３上に設置されており、ワークであるレンズホルダ４およびホルダベース５を上方から撮像するカメラ１５１を備える。このカメラ１５１によって撮像された画像は、光軸調芯装置１００のコントローラ１０１に取り込まれ、画像処理によってワークの固定位置を算出する。ここで、ワーク位置とＹＡＧレーザ光の照射位置の関係、およびＹＡＧレーザ光の照射条件（照射量およびワークに対するＹＡＧレーザ光の照射位置）とワーク補正量と補正方向の関係を予め測定し、これらの関係をデータベースとしてコントローラ１０１に保存しておく必要がある。また、上記画像の取り込みおよびワーク位置の算出を専用の画像処理機器で行い、算出した位置のみをコントローラ１０１に取り込むことも可能である。

図１０は、本発明に係る光軸調芯方法の一例を示すフローチャートである。まずステップＱ１において、カメラ１５１を用いてレンズホルダ４およびホルダベース５を撮像して、レーザ光照射前の外形情報、例えば、輪郭形状、面の傾きなどを取得し、データベースとして保存する。次にステップＱ２において、光通信モジュールのレーザ光源１を点灯して、光束をコリメートレンズ２に入射し、光検出器１４０を用いてコリメートレンズ２から出射した光束が進行する光路の位置情報、例えば、光強度分布、最大強度位置などを検出し、データベースとして保存する。

次にステップＱ３において、コントローラ１０１は、特定のレーザ光照射条件、例えば、照射位置、照射量などに従って、レンズホルダ４およびホルダベース５の少なくとも一方にレーザ光を照射して塑性変形させることにより、光軸に対して垂直なＸＹ面内でコリメートレンズ２の位置を調整する。レンズの位置調整をすることで、次にレーザ光を照射する場合の照射位置、照射量を変更する。次にステップＱ４において、カメラ１５１を用いてレンズホルダ４およびホルダベース５を撮像して、レーザ光照射後の新たな外形情報を取得し、データベースとして保存する。次にステップＱ５において、光検出器１４０を用いてコリメートレンズ２から出射した光束が進行する光路の新たな位置情報を検出し、データベースとして保存する。

次にステップＱ６において、コントローラ１０１は、検出した光束位置情報に基づいて、コリメートレンズ２の光軸調芯の誤差が予め定めた許容範囲内にあるか否かを判定する。許容範囲であれば、光軸調芯を終了する。許容範囲でなければ、次のステップＱ７に移行する。ここで、レンズの位置の調整は、ステップＱ１、ステップＱ２で求めた外径情報と光路の位置情報を元に調整される。

ステップＱ７において、コントローラ１０１は、レーザ光照射の前後で得られた外形情報及び／又は位置情報に基づいて、レンズ位置調整時のレーザ光照射条件、例えば、照射位置、照射量などを変更し、データベースとして保存する。そして、ステップＱ３に戻って光軸調芯を繰り返す。こうした光軸調芯を各々のコリメートレンズ２について実施することによって、光通信モジュールの組立、製造が可能になる。

以上のように、レーザ光源１とコリメートレンズ２によって得られる平行光１１を検出する際、焦点距離が無限大の結像レンズを用いることによって、特許文献２（特開平２−３０８２０９号公報）のようにコリメートレンズ２に外力を加えることなく、平行光１１の角度ずれ量およびずれ方向を測定できるため、コリメートレンズ２の補正方向を容易に検出できる。

さらに、ワークの固定位置をワーク認識部１５０のカメラ１５１で撮影し、予め求めたＹＡＧレーザ光照射条件とワーク補正量および補正方向の関係に基づいてＹＡＧレーザ光照射条件を自動的に決定することにより、コリメートレンズ２の光軸調芯作業を容易に行うことが可能となる。

本発明は、光軸調芯を高精度かつ短時間で実施できる点で、産業上極めて有用である。

１ レーザ光源、 ２ コリメートレンズ、 ３ レンズ筒、 ４ レンズホルダ、 ５ ホルダベース、 ６ キャリア基板、 ７ レンズ機構部品、 ８ 溶接位置、 ９ レーザ照射領域、 １０ 光合波器、 １１ 平行光、 １２ 集光レンズ、 １３ ＹＡＧレーザ光、 ４１ 水平部材、 ４２ａ，４２ｂ 垂直部材、 １００ 光軸調芯装置、 １０１ コントローラ、 １１０ レンズ把持部、 １１１ ホルダ把持機構、 １１２ ベース把持機構、 １１３ Ｙ軸ステージ、 １１４ Ｙ軸サブステージ、 １１５ スライド機構、 １１６ 接触センサ、 １２０ 光素子位置合わせ部、 １３０ ＹＡＧレーザヘッド調整部、 １４０ 光検出器、 １５０ ワーク認識部、 １５１ カメラ。

Claims (8)

1. 光軸を有するレンズと、
   該レンズを保持する保持部材と、
   該保持部材が固定されるベース部材とを備える光学装置の光軸調芯方法であって、
   前記レンズから出射した光束が進行する光路の第１位置情報を検出するステップと、
   前記保持部材および前記ベース部材の外形を撮像して第１外形情報として取得するステップと、
   前記第１位置情報および前記第１外形情報に基づいて、前記保持部材および前記ベース部材の少なくとも一方にレーザ光を照射して塑性変形させることにより、光軸に対して垂直な面内で前記レンズの位置を調整して、次にレーザ光を照射する時の照射位置または照射量を変更するステップと、
   を含むことを特徴とする光学装置の光軸調芯方法。
2. 前記位置調整した後の前記レンズから出射した光束が進行する光路の第２位置情報を検出するステップと、
   前記位置調整した後の前記保持部材および前記ベース部材の外形を撮像して、第２外形情報を取得するステップと、
   前記第１位置情報および前記第２位置情報、並びに前記第１外形情報および前記第２外形情報に基づいて、次にレーザ光を照射する時の照射位置または照射量を変更するステップと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光学装置の光軸調芯方法。
3. 前記照射位置または照射量を変更するステップにおいて、
   前記レンズを水平方向に調整する場合にはレンズを保持する保持部材の上面にレーザ光を照射し、前記レンズを垂直下方向に調整する場合には、前記保持部材の上面でかつ前記レンズの中心軸上にレーザ光を照射し、前記レンズを垂直上方向に調整する場合には前記保持部材が固定されるベース部材の上面にレーザ光を照射する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の光学装置の光軸調芯方法。
4. 前記照射位置または照射量を変更するステップにおいて、
   前記レンズを垂直下方向に調整する場合に、前記保持部材と前記ベース部材を固定する左右２か所の固定位置と前記レンズの間の位置にレーザ光を照射する
   ことを特徴とする請求項３に記載の光学装置の光軸調芯方法。
5. 前記光学装置は、
   １つ以上の光源と、
   前記レンズとして、該光源と光結合するコリメートレンズと、
   該コリメートレンズと光結合する光合波器と、
   前記光源、前記ベース部材および前記光合波器が搭載される基板とを備える光通信モジュールであることを特徴とする請求項１記載の光学装置の光軸調芯方法。
6. 光軸を有するレンズと、
   該レンズを保持する保持部材と、
   該保持部材が固定されるベース部材とを備える光学装置の光軸調芯装置であって、
   前記レンズから出射した光束が進行する光路の位置情報を検出する位置情報検出部と、
   前記保持部材および前記ベース部材の少なくとも一方にレーザ光を照射して塑性変形させるためのレーザ光照射部と、
   前記位置情報検出部で検出した位置情報に基づいて、レーザ光の照射位置または照射量を設定するコントローラ部と、
   前記保持部材および前記ベース部材の外形を撮像して、外形情報を取得する外形撮像部とを備え、
   前記コントローラ部は、前記外形撮像部で取得した外形情報に基づいて、レーザ光の照射位置または照射量を変更することを特徴とする光学装置の光軸調芯装置。
7. 前記位置情報検出部は、受光素子と、
   前記レンズから出射した光束を該受光素子の受光面上に集光するための結像レンズとを
   備え、
   該結像レンズは、入射側の焦点距離が無限大であることを特徴とする請求項６記載の光学装置の光軸調芯装置。
8. 光軸を有するレンズを用意するステップと、
   該レンズを保持する保持部材を用意するステップと、
   該保持部材が固定されるベース部材を用意するステップと、
   前記レンズ、前記保持部材および前記ベース部材を組み立てるステップと、
   前記レンズから出射した光束が進行する光路の第１位置情報を検出するステップと、
   前記保持部材および前記ベース部材の外形を撮像して第１外形情報として取得するステップと、
   前記第１位置情報および前記第１外形情報に基づいて、前記保持部材および前記ベース部材の少なくとも一方にレーザ光を照射して塑性変形させることにより、光軸に対して垂直な面内で前記レンズの位置を調整して、次にレーザ光を照射する時の照射位置または照射量を変更するステップと、
   を含むことを特徴とする光学装置の製造方法。

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