KR100401188B1 - 광섬유 정렬 시스템 - Google Patents

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KR100401188B1
KR100401188B1 KR10-2001-0079908A KR20010079908A KR100401188B1 KR 100401188 B1 KR100401188 B1 KR 100401188B1 KR 20010079908 A KR20010079908 A KR 20010079908A KR 100401188 B1 KR100401188 B1 KR 100401188B1
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Abstract

본 발명에 따른 상면에 다수의 홈을 구비하는 블록 상에 광섬유열을 안착시키기 위한 광섬유 정렬 시스템은, 상기 광섬유열의 일부를 지지하는 제1 지그와, 상기 제1 지그와 이격된 위치에서 그 상면에 형성된 다수의 진공용 구멍을 이용하여 상기 광섬유열의 일부를 흡착하여 고정하는 제2 지그를 포함하여 구성된 지그 조립체와; 상기 광섬유열을 상기 블록 상에 정렬시키기 위하여 상기 지그 조립체를 삼차원적으로 이동 및 회전시키는 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지와; 상기 광섬유열의 정렬 과정을 모니터링하기 위해 입사된 영상의 영상 신호를 출력하는 영상 검출기와, 상기 영상 신호를 화면 상에 출력하는 영상 표시부를 포함하여 구성된 영상 유닛과; 상기 영상 유닛을 삼차원적으로 이동시키는 영상 유닛 이동부를 포함한다.

Description

광섬유 정렬 시스템{OPTICAL FIBER ALIGNMENT SYSTEM}
본 발명은 광섬유 블록에 관한 것으로서, 특히 블록 상에 광섬유열을 안착시키기 위한 광섬유 정렬 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 광섬유 블록은 광섬유열(optical fiber array)을 실장하기 위한 다수의 브이-홈(V-groove)을 상면에 구비하는 블록(block)과, 에폭시(epoxy)가 도포된 상기 광섬유열을 덮는 유리 평판(glass lid)으로 구성된다. 이러한 광섬유 블록은 평면 도파로 소자(planar lightwave circuit)의 입력단 또는 출력단과 리본 광섬유(optical fiber ribbon)를 연결하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 리본 광섬유는 각각 코어(core)와 클래드(clad)로 구성된 광섬유열과, 상기 광섬유열을 둘러싸며 열경화성 수지, 자외선 경화성 수지 등의 재질로 이루어진 외부 피복으로 구성된다.
상기 광섬유 블록의 제작 과정은, 리본 광섬유의 외부 피복을 일부 제거하는 과정과; 광섬유열을 다수의 브이-홈(V-groove) 상에 정렬시키는 과정과; 상기 광섬유열 상에 접착제를 도포하는 과정과; 상기 광섬유열 상에 유리 평판을 덮는 과정과; 상기 고정된 광섬유열의 단면을 원하는 각도로 연마하는 과정으로 구성된다.
광섬유열을 250㎛의 간격을 갖는 다수의 브이-홈들에 정렬시키는 공정은 통상 수작업으로 이루어진다. 즉, 작업자가 돋보기를 사용하여 수작업으로 상기 블록 상에 상기 광섬유열을 정렬시킨다.
또한, 광섬유열을 127㎛의 간격을 갖는 다수의 브이-홈들에 정렬시키는 경우에 있어서, 통상적으로 250㎛의 간격을 갖는 다수의 광섬유로 구성된 리본 광섬유가 사용된다. 이 때, 각각 250㎛의 간격을 갖는 다수의 광섬유로 구성된 제1 및제2 리본 광섬유를 상하로 배치하고, 상기 제2 리본 광섬유를 구성하는 제2 광섬유열 사이에 상기 제1 리본 광섬유를 구성하는 제1 광섬유열을 삽입하는 공정을 수행한다.
상술한 바와 같은 정렬 공정들에 있어서, 작업자의 숙련 및 판단 정도에 따라 제품 불량이 발생하게 된다는 문제점이 있다. 이로 인하여, 양산을 함에 있어 생산성이 크게 저하된다는 어려움이 있으며, 작업자에 따라 제작된 광섬유 블록의 품질도 큰 차이를 보일 수 있다는 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 광섬유 블록의 제작에 있어서 블록 상에 광섬유를 안정적이면서도 용이하게 정렬시킬 수 있는 광섬유 정렬 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 상면에 다수의 홈을 구비하는 블록 상에 광섬유열을 안착시키기 위한 광섬유 정렬 시스템은,
상기 광섬유열의 일부를 지지하는 제1 지그와, 상기 제1 지그와 이격된 위치에서 그 상면에 형성된 다수의 진공용 구멍을 이용하여 상기 광섬유열의 일부를 흡착하여 고정하는 제2 지그를 포함하여 구성된 지그 조립체와;
상기 광섬유열을 상기 블록 상에 정렬시키기 위하여 상기 지그 조립체를 삼차원적으로 이동 및 회전시키는 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지와;
상기 광섬유열의 정렬 과정을 모니터링하기 위해 입사된 영상의 영상 신호를 출력하는 영상 검출기와, 상기 영상 신호를 화면 상에 출력하는 영상 표시부를 포함하여 구성된 영상 유닛과;
상기 영상 유닛을 삼차원적으로 이동시키는 영상 유닛 이동부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 정렬 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 도시된 제1 지그 조립체의 구성을 광섬유열 미장착시에 대하여 나타낸 도면,
도 3은 도 2에 도시된 제1 지그 조립체가 제1 광섬유열을 장착한 경우를 나타낸 도면,
도 4는 도 1에 도시된 제2 지그 조립체가 제2 광섬유열을 장착한 경우를 나타낸 도면,
도 5는 도 1에 도시된 광섬유 정렬 시스템의 정렬 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 6 내지 도 8은 도 5에 개시된 정렬 방법을 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 정렬 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 제1 지그 조립체의 구성을 광섬유열 미장착시에 대하여 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 제1 지그 조립체가 제1 광섬유열을 장착한 경우를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 제2 지그 조립체가 제2 광섬유열을 장착한 경우를 나타낸 도면이다. 상기 광섬유 정렬 시스템은 제1 및 제2 지그 조립체(jig assembly, 100)와, 제1 및 제2 수직 지지대(300 및 350)와, 제1 및 제2 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지(X-Y-Z-θX-θY-θZstage, 400 및 450)와, 영상 유닛(vision unit, 500)과, 영상 표시부(display, 660)와, 영상 유닛 이동부(620)와, 이동 제어부(640)로 구성된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 지그 조립체100는 제1 및 제2 지그(110및 120)와, 제1 수평 지지대(130)로 구성된다.
상기 제1 지그(110)는 다수의 장방형 홈(114)이 그 상면에 형성된 금속성의 기판(112)과, 상기 기판(112)의 일단과 힌지(hinge) 결합되며 자성을 갖는 커버(cover, 116)로 구성된다. 상기 각 홈(114)의 두께 및 폭은 상기 홈(114)에 실장될 제1 리본 광섬유(700)의 두께 및 폭을 고려하여 설정된다.
상기 제2 지그(120)는 다수의 장방형 홈(122)이 그 상면에 형성되며, 그 일측면에는 진공관(미도시)을 통하여 진공 펌프(vacuum pump, 미도시)와 연결되는 제1 배기구(126)가 형성되고, 상기 각 홈(122)을 이루는 바닥면에는 상기 제1 배기구(126)와 연결된 다수의 구멍(124)이 형성된다. 즉, 상기 진공 펌프를 작동시키면, 상기 다수의 구멍(124)을 통하여 상기 제1 리본 광섬유(700) 상기 홈(122)에 흡착-고정시키게 된다.
상기 제1 수평 지지대(130)는 상기 제1 및 제2 지그(110 및 120)가 소정 거리만큼 이격된 채로 고정될 수 있도록 상기 제1 및 제2 지그(110 및 120)의 일측면들에 부착된다. 즉, 상기 제1 수평 지지대(130)와 제1 및 제2 지그(110 및 120)는 상호 고정되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 수직 지지대(300)는 그 상단이 상기 제2 지그(120)의 하단면과 부착되며, 그 하단은 상기 제1 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지(400)에 고정되어 있다.
상기 제1 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지(400)는 상기 제1 수직 지지대(300)를삼차원적으로 이동 또는 회전시키는 기능을 수행한다. 즉, 상기 제1 수직 지지대(300)를 X축, Y축 또는 Z축 방향으로 선형 이동시키거나, X축, Y축 또는 Z축을 중심으로 소정 각도(θX, θY또는 θZ)로 회전시키는 기능을 수행한다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 지그 조립체(200)는 제3 및 제4 지그(210 및 220)와, 제2 수평 지지대(230)로 구성된다.
상기 제3 지그(210)는 다수의 장방형 홈(214)이 그 상면에 형성된 금속성의 기판(212)과, 상기 기판(212)의 일단과 힌지 결합되며 자성을 갖는 커버(216)로 구성된다. 상기 각 홈(214)의 두께 및 폭은 상기 홈(214)에 실장될 제2 리본 광섬유(750)의 두께 및 폭을 고려하여 설정된다.
상기 제4 지그(220)는 다수의 장방형 홈(722)이 그 상면에 형성되며, 그 일측면에는 진공관을 통하여 진공 펌프와 연결되는 제2 배기구(226)가 형성되고, 상기 각 홈(722)을 이루는 바닥면에는 상기 제2 배기구(226)와 연결된 다수의 구멍(724)이 형성된다. 즉, 상기 진공 펌프를 작동시키면, 상기 다수의 구멍(724)을 통하여 상기 제2 리본 광섬유(750)를 상기 홈(722)에 흡착-고정시키게 된다.
상기 제2 수평 지지대(230)는 상기 제3 및 제4 지그(210 및 220)가 소정 거리만큼 이격된 채로 고정될 수 있도록 상기 제3 및 제4 지그(210 및 220)의 일측면들에 부착된다. 즉, 상기 제2 수평 지지대(230)와 제3 및 제4 지그(210 및 220)는 상호 고정되어 있다.
상기 제2 수직 지지대(350)는 그 상단이 상기 제4 지그(220)의 하단면과 부착되며, 그 하단은 상기 제2 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지(450)에 고정되어 있다.
상기 제2 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지(450)는 상기 제2 수직 지지대(350)를 삼차원적으로 이동 또는 회전시키는 기능을 수행한다. 즉, 상기 제2 수직 지지대(350)를 X축, Y축 또는 Z축 방향으로 선형 이동시키거나, X축, Y축 또는 Z축을 중심으로 소정 각도(θX, θY, θZ)로 회전시키는 기능을 수행한다.
상기 영상 유닛(500)으로는 CCD 카메라(Charge Coupled Device camera, 520)를 사용할 수 있으며, 상기 CCD 카메라(510)는 배율 및 초점 조점을 위한 렌즈부(510)와, 영상 센서인 전하 결합 소자(CCD, 520)와, 인터페이스부(interface, 530)로 구성된다. 즉, 상기 렌즈부(510)를 통해 내부로 입사된 영상은 상기 전하 결합 소자(520)에 의해 영상 신호로 변환되고, 상기 인터페이스부(530)는 상기 영상 신호를 상기 영상 표시부(660)에 적합한 신호로 변환하여 출력한다.
상기 영상 표시부(660)는 상기 영상 유닛(500)으로부터 입력된 신호를 화면 상에 출력한다.
상기 영상 유닛 이동부(620)는 상기 이동 제어부(640)의 제어 신호에 따라 상기 영상 유닛(500)을 X축, Y축 또는 Z축 방향으로 선형 이동시킨다.
상기 이동 제어부(640)는 상기 제1 및/또는 제2 광섬유열(720 및/또는 770)의 정렬 상태를 상기 영상 표시부(660)를 통하여 작업자가 확인할 수 있도록 상기 영상 유닛 이동부(620)로 제어 신호를 출력한다.
도 5는 도 1에 도시된 광섬유 정렬 시스템의 정렬 방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 6 내지 도 8은 도 5에 개시된 정렬 방법을 설명하기 위한 도면이다. 상기 정렬 방법은 제1 광섬유열 준비 과정(910)과, 제2 광섬유열 준비 과정(920)과, 제1 및 제2 광섬유열 정렬 과정(930)과, 제1 및 제2 광섬유열과 블록 정렬 과정(940)으로 구성된다.
상기 제1 광섬유열 준비 과정(910)은 제1 지그 조립체(100)에 제1 리본 광섬유(700)를 장착하고, 상기 제1 리본 광섬유(700)를 구성하는 제1 광섬유열(720)의 평행도(X축에 대하여) 및 끝단 위치를 상기 영상 유닛(500)을 이용하여 측정하는 과정이다.
제2 광섬유열 준비 과정(920)은 제2 지그 조립체(200)에 제2 리본 광섬유(750)를 장착하고, 상기 제2 리본 광섬유(750)를 구성하는 제2 광섬유열(770)의 평행도 및 끝단 위치를 상기 영상 유닛(500)을 이용하여 측정하는 과정이다.
제1 및 제2 광섬유열 정렬 과정(930)은 제1 서브 정렬 과정(932)과 제2 서브 정렬 과정(937)으로 구성된다.
상기 제1 서브 정렬 과정(932)은 상기 제1 및 제2 광섬유열(720 및 770)의 측정된 평행도들 및 끝단 위치들과 상기 제2 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지(450)(또는 제1 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지(400))를 이용하여, 상기 제2 광섬유열(770)의 평행도 및 끝단 위치를 상기 제1 광섬유열(720)의 평행도 및 끝단 위치에 맞추는 과정이다.
상기 제2 서브 정렬 과정(937)은 상기 제2 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지(450)를 이용하여 상기 제2 리본 광섬유(750)를 X축 주위로 소정 각도(θX) 회전시키고, 상기 제2 리본 광섬유(750)를 Y축을 따라 선형 이동시켜서 상기 제2 광섬유열(750)을 구성하는 각 광섬유를 상기 제1 광섬유열(720)의 서로 인접한 광섬유들 사이에 개재시키는 과정이다.
도 6에는, 상기 제1 광섬유열(720)을 구비하는 제1 리본 광섬유(700)와, 제2 광섬유열(770)을 구비하는 제2 리본 광섬유(750)가 도시되어 있다. 상기 제2 광섬유열(770)은 상기 제1 광섬유열(720)과 마찬가지로 4심의 광섬유로 구성된다. 또한, 상기 제1 광섬유열(720)의 서로 인접한 광섬유들 사이마다 상기 제2 광섬유열(770)을 구성하는 해당 광섬유가 개재된다. 이를 위하여 상기 제2 광섬유열(770)은 상기 제1 광섬유열(720)과 사각을 이루고 있으나, 이후 상기 제2 광섬유열(770)은 상기 제1 광섬유열(720)과 나란하게 정렬된다.
도 7에는, 등간격으로 배치된 8 개의 브이-홈들(830)을 구비한 블록(800)이 도시되어 있다.
상기 블록(800)은 등간격으로 배치된 8개의 브이-홈들(830)을 상면에 구비한 몸체부(820)와 상기 몸체부(820)로부터 연장된 지지부(810)로 구성된다. 이 때, 상기 지지부(810)와 몸체부(820)는 두께에 있어서 다소의 차이를 갖는데, 이러한 두께차는 상기 제1 광섬유열 및 제2 광섬유열(720 및 770)이 상기 브이-홈들(830)에안정적으로 안착될 수 있도록 설정된다.
상기 제1 및 제2 광섬유열과 블록 정렬 과정(940)은 상기 블록(800)의 상면에 형성된 브이-홈들(830)의 평행도 및 끝단 위치를 상기 영상 유닛(500)을 이용하여 측정하고, 상기 제1 및 제2 광섬유열(720 및 770)의 평행도 및 끝단 위치를 상기 브이-홈들(830)의 평행도 및 끝단 위치에 맞추며, 상기 제1 및 제2 광섬유열(720 및 770)을 상기 브이-홈들(830)에 안착시키는 과정이다. 이 때, 상기 제1 및 제2 광섬유열(720 및 770)은 X축 주위로 소정 각도(θX) 회전된 상태에서 상기 브이-홈들(830)에 안착될 때까지 Y축을 따라 선형 이동된다.
도 8에는, 상기 제1 및 제2 광섬유열과 블록 정렬 과정(940)에 따라 블럭(800) 상에 안착된 제1 및 제2 광섬유열(720 및 770)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 리본 광섬유(700 및 750)는 적층되어 있으며, 상기 제1 및 제2 광섬유열(720 및 770)은 상기 블록(800) 상에 서로 나란하게 정렬되어 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 정렬 시스템은 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지, 영상 유닛 등을 이용하여 블록 상에 광섬유를 안정적이면서도 용이하게 정렬시킬 수 있다는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 상면에 다수의 홈을 구비하는 블록 상에 광섬유열을 안착시키기 위한 광섬유 정렬 시스템에 있어서,
    상기 광섬유열의 일부를 지지하는 제1 지그와, 상기 제1 지그와 이격된 위치에서 그 상면에 형성된 다수의 진공용 구멍을 이용하여 상기 광섬유열의 일부를 흡착하여 고정하는 제2 지그를 포함하여 구성된 지그 조립체와;
    상기 광섬유열을 상기 블록 상에 정렬시키기 위하여 상기 지그 조립체를 삼차원적으로 이동 및 회전시키는 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지와;
    상기 광섬유열의 정렬 과정을 모니터링하기 위해 입사된 영상의 영상 신호를 출력하는 영상 검출기와, 상기 영상 신호를 화면 상에 출력하는 영상 표시부를 포함하여 구성된 영상 유닛과;
    상기 영상 유닛을 삼차원적으로 이동시키는 영상 유닛 이동부를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 정렬 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광섬유열의 정렬 상태를 상기 영상 표시부를 통하여 확인할 수 있도록 상기 영상 유닛 이동부로 제어 신호를 출력하는 이동 제어부를 더 포함하며,
    상기 영상 유닛 이동부는 상기 제어 신호에 따라 상기 영상 유닛을 이동시킴을 특징으로 하는 광섬유 정렬 시스템.
  3. 상면에 다수의 홈을 구비하는 블록 상에 제1 및 제2 광섬유열을 안착시키기 위한 광섬유 정렬 시스템에 있어서,
    상기 제1 광섬유열의 일부를 지지하는 제1 지그와, 상기 제1 지그와 이격된 위치에서 그 상면에 형성된 다수의 진공용 구멍을 이용하여 상기 제1 광섬유열의 일부를 흡착하여 고정하는 제2 지그를 포함하여 구성된 제1 지그 조립체와;
    상기 제1 광섬유열을 삼차원적으로 이동 및 회전시키는 제1 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지와;
    상기 제2 광섬유열의 일부를 지지하는 제3 지그와, 상기 제3 지그와 이격된 위치에서 그 상면에 형성된 다수의 진공용 구멍을 이용하여 상기 제2 광섬유열의 일부를 흡착하여 고정하는 제4 지그를 포함하여 구성된 제2 지그 조립체와;
    상기 제2 광섬유열을 삼차원적으로 이동 및 회전시킴으로써 상기 제2 광섬유열을 상기 제1 광섬유열의 공극들에 삽입 및 정렬시킨 후, 상기 제1 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지와 함께 상기 정렬된 제1 및 제2 광섬유열을 상기 블록 상에 정렬시키는 제2 X-Y-Z-θX-θY-θZ스테이지와;
    상기 제1 및 제2 광섬유열의 정렬 과정을 모니터링하기 위해 입사된 영상의 영상 신호를 출력하는 영상 검출기와, 상기 영상 신호를 화면 상에 출력하는 영상 표시부를 포함하여 구성된 영상 유닛과;
    상기 영상 유닛을 삼차원적으로 이동시키는 영상 유닛 이동부를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 정렬 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광섬유열의 정렬 상태를 상기 영상 표시부를 통하여 확인할 수 있도록 상기 영상 유닛 이동부로 제어 신호를 출력하는 이동 제어부를 더 포함하며,
    상기 영상 유닛 이동부는 상기 제어 신호에 따라 상기 영상 유닛을 이동시킴을 특징으로 하는 광섬유 정렬 시스템.
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