(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバの姿勢を精度よく検出する方法を提供する。【解決手段】表面の少なくとも一部に平面部分を有する透明な保持部材に収容されている光ファイバの姿勢を検出する方法であって、保持部材の平面部分を通して光ファイバにコリメート光を照射し、コリメート光の反射光を光センサデバイス３３で受光し、光センサデバイス３３の出力信号に基づいて輝度分布画像を生成し、光センサデバイス３３が受光した反射光に対応して輝度分布画像上に現れる輝度分布ラインの位置に基づいて輝度分布画像上で基準点を特定し、輝度分布画像における基準点の座標に基づいて光ファイバの姿勢を検出する。【選択図】図５
2014122962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部に平面部分を有する透明な保持部材に収容されている光ファイバの姿勢を検出する方法であって、
前記保持部材の平面部分を通して前記光ファイバにコリメート光を照射し、
前記コリメート光の反射光を光センサデバイスで受光し、
前記光センサデバイスの出力信号に基づいて輝度分布画像を生成し、
前記光センサデバイスが受光した前記反射光に対応して前記輝度分布画像上に現れる輝度分布ラインの位置に基づいて前記輝度分布画像上で基準点を特定し、
前記輝度分布画像における前記基準点の座標に基づいて前記光ファイバの姿勢を検出する
ことを特徴とする光ファイバの姿勢検出方法。
【請求項２】
前記輝度分布ラインと予め指定された輝度分布を表す参照分布パターンとのマッチングによって、前記基準点の座標を特定する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの姿勢検出方法。
【請求項３】
前記参照分布パターンは、予め指定された姿勢を保持する前記光ファイバに前記コリメート光が照射されたときに得られる輝度分布を表す
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの姿勢検出方法。
【請求項４】
前記基準点の座標に基づいて、前記光ファイバの光軸を回転中心とした前記光ファイバの回転角度を検出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバの姿勢検出方法。
【請求項５】
前記基準点の座標に基づいて、前記コリメート光の伝搬方向を法線方向とする平面を基準として、前記光ファイバの傾斜角度を検出する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ファイバの姿勢検出方法。
【請求項６】
前記輝度分布画像上での前記輝度分布ラインの傾斜角度に基づいて、前記コリメート光の伝搬方向を法線方向とする平面内での所定の方向に対する前記光ファイバの角度を検出する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバの姿勢検出方法。
【請求項７】
表面の少なくとも一部に平面部分を有する透明な保持部材に収容されている光ファイバの姿勢を検出する姿勢検出装置であって、
前記保持部材の平面部分を通して前記光ファイバにコリメート光を照射するコリメート光生成器と、
前記コリメート光の反射光を受光する光センサデバイスと、
前記光センサデバイスの出力信号に基づいて輝度分布画像を生成する生成部と、
前記光センサデバイスが受光した前記反射光に対応して前記輝度分布画像上に現れる輝度分布ラインの位置に基づいて前記輝度分布画像上で基準点を特定し、前記輝度分布画像における前記基準点の座標に基づいて前記光ファイバの姿勢を検出する検出部と、
を有する姿勢検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの姿勢を検出する方法および装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムが広く普及してきており、様々な光モジュールが実用化されている。例えば、光変調器を含むモジュール、光増幅器を含むモジュール、光送信器を含むモジュール、光受信器を含むモジュール、光スイッチを含むモジュールなどが実用化されている。
【０００３】
市販されている光モジュールには、入力光ファイバおよび出力光ファイバが取り付けられていることが多い。入力光ファイバは、光モジュール内の光デバイス（光変調器、光増幅器、光送信器、光受信器、光スイッチ等）の入力端に光学的に結合される。また、出力光ファイバは、その光デバイスの出力端に光学的に結合される。したがって、光モジュールの結合損失を小さくするためには、入力光ファイバおよび出力光ファイバの先端がそれぞれ光デバイスに対して精度よくアラインメントされることが要求される。
【０００４】
光ファイバ（入力光ファイバ及び／又は出力光ファイバ）が接続された光モジュールを製造する際には、光モジュール内の光デバイスに対して、光ファイバの先端の位置が検出される。光ファイバの位置は、例えば、電子カメラを用いて光ファイバを撮影することにより検出される。そして、この検出結果に基づいて、光モジュールの結合損失が小さくなるように、光ファイバのアラインメントが行なわれる。
【０００５】
関連する技術として、導波路等の光学部品と光ファイバとの結合を高精度でかつ容易に行う方法が提案されている（例えば、特許文献１）。また、円筒部材の側面に対する端面の傾きを高精度で測定する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。さらに、ＣＣＤカメラを用いて薄膜の欠損を検査する方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１４６２４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２１４７５３号公報
【特許文献３】特開平７−３０１６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の光モジュールにおいて、結合損失を小さくするためには、光ファイバの先端の位置だけでなく、光ファイバの姿勢も適切に調整されていることが好ましい。ここで、「光ファイバの姿勢」は、図１に示すθx、θy、θzで表される。
【０００８】
図１において、光ファイバ１は、光デバイス２に形成されている光導波路３対して理想的にアラインメントされているものとする。図１において、ｘｙｚ座標系の原点は、光ファイバ１の先端に設定される。ｚ軸は、光信号の伝搬方向を表す。ｘ軸およびｙ軸は、ｚ軸を法線とする平面上に設定される。ｘ軸およびｙ軸は、互いに直交している。なお、ｙ軸は、光デバイス２の基板の実装面に対して垂直な方向に設定されている。
【０００９】
θxは、ｘ軸を回転中心とする回転角度を表す。図２（ａ）は、光ファイバ１が目標姿勢からθxだけ回転した状態を示している。なお、図２（ａ）において、ｘ軸は、紙面に垂直な方向に設定されている。
【００１０】
θyは、ｙ軸を回転中心とする回転角度を表す。図２（ｂ）は、光ファイバ１が目標姿勢からθyだけ回転した状態を示している。なお、図２（ｂ）において、ｙ軸は、紙面に垂直な方向に設定されている。
【００１１】
θzは、ｚ軸を回転中心とする回転角度を表す。図２（ｃ）は、光ファイバ１が目標姿勢からθzだけ回転した状態を示している。なお、図２（ｃ）において、ｚ軸は、紙面に垂直な方向に設定されている。
【００１２】
ところが、電子カメラを用いて光ファイバを撮影する方法では、θx、θy、θzを検出することは困難である。例えば、光デバイス２の上方から光デバイス２および光ファイバ１が撮影される場合、その撮影により得られる画像データからθx、θzを検出することは困難である。
【００１３】
他方、対象物の姿勢は、オートコリメータにより検出可能な場合がある。オートコリメータは、対象物にコリメート光を照射し、ＣＣＤセンサ等の光センサデバイスを用いてその対象物からの反射光を検出する。この場合、光センサデバイスの出力信号に基づいて、輝度分布画像が生成される。したがって、この輝度分布画像を解析すれば、その対象物の位置または姿勢を特定できることがある。
【００１４】
例えば、対象物の平面部分に所定のビーム径のコリメート光が照射されると、その対象物からの反射光もほぼ同じビーム径のコリメート光である。このため、輝度分布画像上には、その反射光が検出された位置に対応する座標に「高輝度点」が現れる。この場合、輝度分布画像上に現れる「高輝度点」の座標に基づいて、平面部分の角度（または、その平面部分の法線方向）が検出され、対象物の姿勢が検出される。
【００１５】
しかし、光ファイバの形状は、細い略円筒である。このため、光ファイバに所定のビーム径のコリメート光が照射されたときは、その光が照射された光ファイバ上の位置に応じて、反射光が導かれる方向が異なる。このため、輝度分布画像上に「高輝度点」は現れない。したがって、平面から反射されるコリメート光を利用してその平面の角度を検出する方法では、光ファイバの姿勢（すなわち、光ファイバの角度）を検出することは困難である。
【００１６】
本発明の目的は、光ファイバの姿勢を精度よく検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の１つの態様の光ファイバの姿勢検出方法は、表面の少なくとも一部に平面部分を有する透明な保持部材に収容されている光ファイバの姿勢を検出するために使用可能である。この方法は、前記保持部材の平面部分を通して前記光ファイバにコリメート光を照射し、前記コリメート光の反射光を光センサデバイスで受光し、前記光センサデバイスの出力信号に基づいて輝度分布画像を生成し、前記光センサデバイスが受光した前記反射光に対応して前記輝度分布画像上に現れる輝度分布ラインの位置に基づいて前記輝度分布画像上で基準点を特定し、前記輝度分布画像における前記基準点の座標に基づいて前記光ファイバの姿勢を検出する。
【発明の効果】
【００１８】
上述の態様によれば、光ファイバの姿勢を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】光ファイバの姿勢について説明する図である。
【図２】光モジュールの姿勢を表すθx、θy、θzについて説明する図である。
【図３】光モジュールの一例を示す図である。
【図４】フェルールの構成を示す図である。
【図５】姿勢検出装置の構成を示す図である。
【図６】オートコリメータで対象物の姿勢を検出する方法を説明する図である。
【図７】光ファイバにコリメート光が照射されたときの反射光について説明する図である。
【図８】光ファイバにコリメート光が照射されたときに得られる輝度分布画像の一例を示す図である。
【図９】光ファイバおよびフェルールからの反射について説明する図である。
【図１０】異なるθxに対して生成された輝度分布画像の例を示す図である。
【図１１】異なるθyに対して生成された輝度分布画像の例を示す図である。
【図１２】異なるθzに対して生成された輝度分布画像の例を示す図である。
【図１３】光ファイバの姿勢および輝度分布ラインの位置について説明する図である。
【図１４】参照分布パターンの一例を示す図である。
【図１５】マッチングの一例を示す図である。
【図１６】基準点に基づいてθx、θy、θzを算出する方法を説明する図である。
【図１７】実施形態の姿勢検出方法を示すフローチャートである。
【図１８】基準点を特定する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図３は、本発明の実施形態の姿勢検出方法が使用される光モジュールの一例を示す。図３（ａ）は、光モジュール１０を側面から見た図であり、図３（ｂ）は、光モジュール１０を上方から見た図である。
【００２１】
光モジュール１０は、光デバイスチップ１１を含む。光デバイスチップ１１の表面には光デバイスが実装されている。光デバイスは、特に限定されるものではないが、例えば、光変調器、光増幅器、光送信器、光受信器、光スイッチ等である。光デバイスチップ１１の表面に光変調器が実装される場合、光デバイスチップ１１は、例えば、ＬＮチップにより実現される。この場合、ＬＮチップの表面には、例えば、干渉計、駆動信号を伝送する配線、駆動信号が与えられる電極、干渉計に光学的に結合される光導波路などが形成される。
【００２２】
光モジュール１０には、入力光ファイバ１２ａおよび出力光ファイバ１２ｂが取り付けられる。入力光ファイバ１２ａは、光デバイスチップ１１の入力光導波路１３ａに光学的に結合される。出力光ファイバ１２ｂは、光デバイス１１の出力光導波路１３ｂに光学的に結合される。
【００２３】
入力光ファイバ１２ａの先端部分は、フェルール１４ａに収容されている。そして、光デバイスチップ１１の入力光導波路１３ａに対して入力光ファイバ１２ａがアラインメントされた状態で、フェルール１４ａが光デバイスチップ１１に固定される。ただし、この実施例では、光デバイスチップ１１の表面に補助部材（ヤトイ）１５ａが取り付けられている。そして、フェルール１４ａは、例えば接着剤で、光デバイスチップ１１および補助部材１５ａに固定される。
【００２４】
同様に、出力光ファイバ１２ｂの先端部分は、フェルール１４ｂに収容されている。そして、光デバイスチップ１１の出力光導波路１３ｂに対して出力光ファイバ１２ｂがアラインメントされた状態で、フェルール１４ｂが光デバイスチップ１１に固定される。ただし、この実施例では、光デバイスチップ１１の表面に補助部材（ヤトイ）１５ｂが取り付けられている。そして、フェルール１４ｂは、例えば接着剤で、光デバイスチップ１１および補助部材１５ｂに固定される。
【００２５】
なお、図３（ａ）では、入力光導波路１３ａおよび出力光導波路１３ｂは省略されている。図３（ｂ）では、補助部材１５ａ、１５ｂは省略されている。
また、以下の説明では、入力光ファイバ１２ａおよび出力光ファイバ１２ｂを「光ファイバ１２」を呼ぶことがある。入力光導波路１３ａおよび出力光導波路１３ｂを「光導波路１３」と呼ぶことがある。フェルール１４ａ、１４ｂを「フェルール１４」と呼ぶことがある。
【００２６】
図４は、フェルール１４の構成を示す。なお、図４（ａ）は、フェルール１４の斜視図である。また、図４（ｂ）は、フェルール１４の断面を示している。
フェルール１４の形状は、ほぼ円柱である。ただし、この円柱の側面の一部には、オリエンテーションフラット２１が形成されている。オリエンテーションフラット２１は、フェルール１４の姿勢を検出するために、円柱形状のフェルール１４の側面に形成された平面部分である。また、フェルール１４は、円柱の中心軸に沿って、光ファイバ１２を収容する。すなわち、フェルール１４は、光ファイバ１２を収容する保持部材の一例である。図４（ａ）においては、光ファイバ１２が収容される貫通孔２２が描かれている。更に、フェルール１４は、透明な材料で形成される。一例としては、フェルール１４の材質はガラスである。ただし、光ファイバ１２（ここでは、クラッド）の屈折率とフェルール１４の屈折率は異なっている。
【００２７】
フェルール１４に収容される光ファイバ１２は、特に限定されるものではないが、この実施例では、偏波保持ファイバである。この場合、例えば、図４（ｂ）に示すように、光ファイバ１２の偏波方向がフェルール１４のオリエンテーションフラット２１にほぼ垂直になるように、光ファイバ１２がフェルール１４に収容される。フェルール１４に収容される光ファイバ１２は、特に限定されるものではないが、この実施例では、被膜されていないものとする。すなわち、光ファイバのコアおよびクラッドが、フェルール１４に収容される。
【００２８】
光ファイバ１２を収容するフェルール１４は、光デバイスチップ１１の実装面とフェルール１４のオリエンテーションフラット２１が互いに平行または略平行になるように、光デバイスチップ１１に固定される。この場合、各フェルール１４は、例えば、光デバイスチップ１１および対応する補助部材１５ａ、１５ｂに接着剤で固定される。
【００２９】
図５は、本発明の実施形態の姿勢検出装置の構成を示す。実施形態の姿勢検出装置３０は、オートコリメータ３１およびプロセッサシステム３４を有する。
オートコリメータ３１は、コリメート光生成器３２および光センサデバイス３３を有する。コリメート光生成器３２は、所定の波長のレーザ光を生成するレーザ光源、及びそのレーザ光から所定のビーム径のコリメート光を生成する光学系を含む。そして、コリメート光生成器３２により生成されるコリメート光は、検出対象物に照射される。検出対象物は、光導波路ファイバ１２（すなわち、光モジュール１０の入力光ファイバ１２ａおよび出力光ファイバ１２ｂ）である。
【００３０】
光センサデバイス３３は、コリメート光生成器３２により生成されるコリメート光の反射光を受光する。ここで、コリメート光は、光ファイバ１２に照射される。ただし、光ファイバ１２は、透明なフェルール１４に収容されている。したがって、光センサデバイス３３は、光ファイバ１２からの反射光およびフェルール１４からの反射光を受光することになる。なお、光センサデバイス３３は、例えば、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサにより実現される。
【００３１】
プロセッサシステム３４は、輝度分布画像生成部３５および姿勢検出部３６を有する。輝度分布画像生成部３５は、光センサデバイス３３の出力信号に基づいて輝度分布画像を生成する。姿勢検出部３６は、輝度分布画像生成部３５により生成された輝度分布画像に基づいて、光ファイバ１２（１２ａ、１２ｂ）の姿勢を検出する。プロセッサシステム３４は、例えば、ソフトウェアプログラムを実行することにより、輝度分布画像生成部３５および姿勢検出部３６の機能を提供する。この場合、このソフトウェアプログラムは、例えば、プロセッサシステム３４の中に設けられているメモリまたはプロセッサシステム３４がアクセス可能なメモリに格納されている。
【００３２】
プロセッサシステム３４は、輝度分布データベース３７を有する。輝度分布データベース３７は、参照分布パターンを表すデータを格納する。参照分布パターンについては、ｚとで説明する。なお、輝度分布データベース３７は、プロセッサシステム３４の外に設けられてもよい。この場合、プロセッサシステム３７は、輝度分布データベース３７にアクセスして参照分布パターンを取得する。
【００３３】
なお、図５に示す例では、プロセッサシステム３４において輝度分布画像が生成されるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、オートコリメータ３１が輝度分布画像を生成する機能を有している場合は、プロセッサシステム３４は、オートコリメータ３１により生成される輝度分布画像を利用して、光ファイバ１２の姿勢を検出してもよい。この場合、プロセッサシステム３４は、輝度分布画像生成部３５を有している必要はない。
【００３４】
アラインメント装置４０は、光ファイバ１２（１２ａ、１２ｂ）の位置および姿勢を調整する。このとき、アラインメント装置４０は、オートコリメータ３１の下方に光モジュール１０を位置させる。すなわち、コリメート光が光モジュール３１の上方から光ファイバ１２およびフェルール１４に照射されるように、光モジュール１０が配置される。そして、アラインメント装置４０は、各光ファイバ１２ａ、１２ｂの先端がそれぞれ対応する光導波路１３ａ、１３ｂにアライメントされるように、各光ファイバ１２ａ、１２ｂの位置を調整する。また、アラインメント装置４０は、姿勢検出装置３０による検出結果を参照しながら、各光ファイバ１２ａ、１２ｂの姿勢を調整する。
【００３５】
なお、光モジュール１０の構成によっては、ある１つの方向からしかコリメート光を光モジュール１０に照射できないことがある。また、光モジュール１０の製造工程を簡単にするためには、ある１つの方向からコリメート光を光モジュール１０に照射することで、光ファイバ１２の姿勢を検出できることが好ましい。これらの理由から、実施形態の姿勢検出方法は、ある１つの方向からコリメート光を光ファイバ１２に照射することで、光ファイバ１２の姿勢を検出するものとする。この実施例では、光ファイバ１２の姿勢を検出するときに、図３（ａ）に示すように、オートコリメータ３１の下方に光モジュール１０が配置されるものとする。すなわち、光ファイバ１２の姿勢を検出するときに、光モジュール１０は、上方からコリメート光が照射される。
【００３６】
なお、姿勢検出装置３０は、入力光ファイバ１２ａおよび出力光ファイバ１２に姿勢を並列に検出して調整してもよい。また、姿勢検出装置３０は、入力光ファイバ１２ａおよび出力光ファイバ１２に姿勢を１つずつ順番に検出して調整してもよい。
【００３７】
図６は、オートコリメータ３１で対象物の姿勢を検出する方法を説明する図である。この例では、図６（ａ）に示すように、所定のビーム径を有するコリメート光が「平面」に照射されている。この場合、対象物からの反射光もほぼ同じビーム径のコリメート光である。このため、光センサデバイス３３がコリメート光の反射光を受光すると、図６（ｂ）に示すように、輝度分布画像において反射光に対応する「高輝度点」が現れる。この「高輝度点」の座標は、光センサデバイス３３によって反射光が検出された位置に対応する。したがって、「高輝度点」の座標は、対象物の姿勢を表す。例えば、図６（ａ）に示すｘｙｚ座標系が定義されており、ｙ軸に平行にコリメート光が対象物に照射されるものとする。この場合、輝度分布画像上の水平方向の座標θxは、ｘ軸を回転中心として対象物が回転した角度を表す。また、輝度分布画像上の水平方向の座標θzは、ｚ軸を回転中心として対象物が回転した角度を表す。このように、オートコリメータ３１を利用して、対象物の姿勢を検出することができる。
【００３８】
図７は、光ファイバ１２にコリメート光が照射されたときの反射光について説明する図である。光ファイバ１２の形状は、所定の直径を有する円柱（または、ほぼ円柱）である。また、コリメート光は、所定のビーム径を有している。このため、図７に示すように、コリメート光が照射される光ファイバ１２の側面上の位置に応じて、反射光が導かれる方向は異なる。たとえば、点Ｐ１に照射されたコリメート光の反射光は、角度θ１に導かれる。同様に、点Ｐ２、Ｐ３に照射されたコリメート光の反射光は、それぞれ、角度θ２、θ３に導かれる。なお、光ファイバ１２の光軸方向をｚ方向とする場合、点Ｐ１〜Ｐ３のｚ座標は互いに同じであるものとする。
【００３９】
コリメート光の反射光は、光センサデバイス３３によって受光される。このとき、コリメート光の反射光は、光センサデバイス３３の受光面において１つの直線上に導かれる。例えば、点Ｐ１〜Ｐ３からの反射光は、それぞれ、光センサデバイス３３の点Ｑ１〜Ｑ３に導かれる。この場合、点Ｑ１〜Ｑ３は、直線Ｓ上に並んでいる。
【００４０】
ただし、図７に示す回転角φが同じ位置に照射されたコリメート光の反射光は、光ファイバ１２の光軸方向（図７では、ｚ方向）において異なる位置に照射された場合であっても、ほぼ同じ方向に導かれる。例えば、点Ｐ２、Ｐ４は、光ファイバ１２の中心に対して回転角φが同じである。この場合、点Ｐ２からの反射光および点Ｐ４からの反射光は、互いに同じ方向に導かれる。このため、点Ｐ４に照射されたコリメート光の反射光は、光センサデバイス３３の点Ｑ２の近傍に導かれる。したがって、光ファイバ１２の側面に所定のビーム径を有するコリメート光が照射されると、光センサデバイス３３において直線Ｓに沿って反射光が検出されることになる。
【００４１】
図８は、光ファイバ１２にコリメート光が照射されたときに得られる輝度分布画像の一例を示す。図８では、輝度の高いピクセルが、黒色で表されている。
輝度分布画像は、上述したように、光センサデバイス３３の出力信号に基づいて生成される。ここで、光ファイバ１２からの反射光は、光センサデバイス３３において直線Ｓに沿って検出される。したがって、輝度分布画像上では、反射光に対応する輝度分布パターンは、ほぼ直線を形成する。すなわち、輝度分布画像において、ほぼ直線の輝度分布パターンが得られる。以下の説明では、反射光によって輝度分布画像に現れる線状の輝度分布パターンを「輝度分布ライン」と呼ぶことがある。
【００４２】
ところで、光ファイバ１２は、フェルール１４に収容されている。即ち、コリメート光は、図９（ａ）に示すように、フェルール１４を通して光ファイバ１２に照射される。なお、コリメート光は、フェルール１４のオリエンテーションフラット２１に照射される。このとき、コリメート光は、オリエンテーションフラット２１に対してほぼ垂直に照射されるものとする。
【００４３】
このため、光ファイバ１２にコリメート光が照射されるとき、このコリメート光は、図９（ｂ）に示すように、フェルール１４によっても反射される。図９（ｂ）において、実線の矢印は光ファイバ１２からの反射光を表し、破線の矢印はフェルール１４からの反射光を表す。そして、フェルール１４からの反射光も、光センサデバイス３３に導かれる。このとき、光ファイバ１２からの反射光およびフェルール１４からの反射光は、互いに干渉し得る。したがって、光ファイバ１２にコリメート光が照射されるとき、反射光に起因して輝度分布画像に現れる輝度分布ラインは、図８に示すように、干渉縞を有している。なお、輝度分布ラインの干渉縞のパターンは、光ファイバ１２の直径および材質、並びにフェルール１４の形状および材質などに基づいて決まる。
【００４４】
このように、実施形態の姿勢検出装置３０は、フェルール１４に収容された光ファイバ１２にコリメート光を照射し、光センサデバイス３３を用いてコリメート光の反射光を検出する。そして、姿勢検出装置３０は、光センサデバイス３３の出力信号から輝度分布画像を生成する。したがって、姿勢検出装置３０は、輝度分布画像上に現れる輝度分布ラインに基づいて、光ファイバ１２の姿勢を検出することが可能である。
【００４５】
次に、図１０〜図１２を参照しながら、光ファイバ１２の姿勢と輝度分布との関係を説明する。ここでは、図１〜図２に示すｘｙｚ座標系が設定されているものとする。また、コリメート光は、ｙ軸に平行に光ファイバ１２およびフェルール１４に照射されるものとする。なお、図１〜図２に示す光ファイバ１および光デバイス２は、それぞれ、光ファイバ１２（１２ａ、１２ｂ）および光デバイスチップ１１に対応する。
【００４６】
図１０は、異なるθxに対して生成された輝度分布画像の例を示す。ここで、θxは、図１に示すように、ｘ軸を回転中心とする角度を表す。換言すれば、θxは、図２（ａ）に示すように、光ファイバ１２の傾斜角を表す。すなわち、θxは、コリメート光の伝搬方向を法線方向とする平面を基準として、光ファイバ１２の傾斜角度を表す。なお、図１０に示す各輝度分布画像は、θy＝０およびθz＝０において得られたものである。
【００４７】
図１０（ｂ）は、θx＝０に対して生成された輝度分布画像を示す。ここで、θx＝０は、光ファイバ１２が角度θxについて目標姿勢に保持されている状態に相当する。すなわち、θx＝０は、光ファイバ１２が光デバイスチップ１１の実装面に対して平行に保持されている状態に相当する。この場合は、輝度分布ラインは、輝度分布画像の中央に現れる。
【００４８】
図１０（ａ）は、光ファイバ１２が負の傾斜（θx＝-0.5度）を有しているときの輝度分布画像を示している。この場合、輝度分布ラインが現れる位置は、θx＝０に対応する輝度分布ラインと比較すると、右側に移動している。一方、図１０（ｃ）は、光ファイバ１２が正の傾斜（θx＝0.5度）を有しているときの輝度分布画像を示している。この場合、輝度分布ラインが現れる位置は、θx＝０に対応する輝度分布ラインと比較すると、左側に移動している。
【００４９】
このように、θxが変化すると、輝度分布ラインが現れる位置（輝度分布画像の水平方向の座標）が変化する。すなわち、輝度分布ラインが現れる位置（輝度分布画像の水平方向の座標）は、θxによって決まる。
【００５０】
図１１は、異なるθyに対して生成された輝度分布画像の例を示す。ここで、θyは、図１または図２（ｂ）に示すように、ｙ軸を回転中心とする角度を表す。すなわち、θyは、コリメート光の伝搬方向を法線方向とする平面内での所定の方向に対する光ファイバ１２の角度を表す。なお、図１１に示す各輝度分布画像は、θx＝０およびθz＝０において得られたものである。
【００５１】
図１１（ｂ）は、θy＝０に対して生成された輝度分布画像を示す。ここで、θy＝０は、光ファイバ１２が角度θyについて目標姿勢に保持されている状態に相当する。この場合は、輝度分布ラインは、輝度分布画像の縦方向（または、垂直方向）に伸びるように現れる。
【００５２】
図１１（ａ）は、θy＝−１０度に対して生成される輝度分布画像を示している。この場合、輝度分布ラインは、右側に傾斜している。一方、図１１（ｃ）は、θy＝１０度に対して生成される輝度分布画像を示している。この場合、輝度分布ラインは、左側に傾斜している。
【００５３】
このように、θyが変化すると、輝度分布画像において輝度分布ラインの傾きが変化する。すなわち、輝度分布ラインの傾斜角度は、θyによって決まる。
【００５４】
図１２は、異なるθzに対して生成された輝度分布画像の例を示す。ここで、θzは、図１に示すように、ｚ軸を回転中心とする角度を表す。換言すれば、θzは、図２（ｃ）に示すように、光ファイバ１２の光軸に対する光ファイバ１２の回転角を表す。なお、図１２に示す各輝度分布画像は、θx＝０およびθy＝０において得られたものである。
【００５５】
図１２（ｂ）は、θz＝０に対して生成された輝度分布画像を示す。ここで、θz＝０は、光ファイバ１２がθzについて目標姿勢に保持されている状態に相当する。すなわち、θz＝０は、光ファイバ１２によって保持される偏波の方向が予め指定されている方向に一致している状態に相当する。
【００５６】
図１２（ａ）は、θz＝-0.5度に対して得られた輝度分布画像を示している。この場合、輝度分布ラインが現れる位置は、θz＝０に対応する輝度分布ラインと比較すると、下方に移動している。一方、図１２（ｃ）は、θz＝0.5度に対して得られた輝度分布画像を示している。この場合、輝度分布ラインが現れる位置は、θz＝０に対応する輝度分布ラインと比較すると、上方に移動している。
【００５７】
このように、θzが変化すると、輝度分布ラインが現れる位置（輝度分布画像の垂直方向の座標）が変化する。すなわち、輝度分布ラインが現れる位置（輝度分布画像の垂直方向の座標）は、θzによって決まる。
【００５８】
実施形態の姿勢検出装置３０は、上述の関係を利用して、光ファイバ１２の姿勢を検出する。すなわち、姿勢検出装置３０は、輝度分布画像に現れる輝度分布ラインの位置および傾斜角度に基づいて光ファイバ１２の姿勢を検出する。
【００５９】
実施形態の姿勢検出方法においては、光ファイバ１２の目標姿勢が指定される。光ファイバ１２の目標姿勢は、一例としては、以下のように指定される。
（１）光ファイバ１２は、光デバイスチップ１１の実装面と平行な平面に配置される。この条件は、θx＝０により規定される。
（２）光ファイバ１２は、光デバイスチップ１１の光導波路１３（入力光導波路１３ａまたは出力光導波路１３ｂ）が光を伝搬する方向と同じ方向に伸びるように配置される。この条件は、θy＝０により規定される。
（３）光ファイバ１２が保持する偏波の方向は、光デバイスチップ１１の実装面に対して垂直な方向である。この条件は、θz＝０により規定される。
【００６０】
姿勢検出装置３０は、上述の目標姿勢に対して光ファイバ１２の姿勢を検出する。この場合、姿勢検出部３６は、図１０（ｂ）に示す目標姿勢に対応する輝度分布ラインを基準として、輝度分布画像上に現れた輝度分布ラインの相対的な位置（水平方向の座標）を検出すれば、θxを算出することができる。また、姿勢検出部３６は、図１１（ｂ）に示す目標姿勢に対応する輝度分布ラインを基準として、輝度分布画像上に現れた輝度分布ラインの相対的な傾斜角度を検出すれば、θyを算出することができる。さらに、姿勢検出部３６は、図１２（ｂ）に示す目標姿勢に対応する輝度分布ラインを基準として、輝度分布画像上に現れた輝度分布ラインの相対的な位置（垂直方向の座標）を検出すれば、θzを算出することができる。
【００６１】
図１３は、光ファイバ１２の姿勢および輝度分布ラインの位置について説明する図である。ラインＬ１は、光ファイバ１２が目標姿勢を保持しているときに得られる輝度分布ラインを表す。ここで、ラインＬ１は、図１３に示すように、水平方向において輝度分布画像の中央に位置している。また、ラインＬ１は、輝度分布画像において垂直方向に伸びている。なお、姿勢検出装置３０は、光ファイバ１２が目標姿勢を保持しているときにラインＬ１が得られるように、設定されているものとする。
【００６２】
ラインＬ２は、光ファイバ１２にコリメート光を照射することにより得られた輝度分布ラインを表す。ここで、ラインＬ２は、ラインＬ１を点Ｑから点Ｒへ平行移動させ、更にそのラインを傾けることで得られる。なお、点Ｑから点Ｒへの平行移動は、光ファイバ１２に角度θxおよび角度θzを与えることにより実現される。また、輝度分布ラインの傾斜は、光ファイバ１２角度θyを与えることにより実現される。
【００６３】
したがって、姿勢検出装置３０は、θxおよびθzを検出するために、輝度分布画像において、点Ｑから点Ｒへの平行移動を検出する。ただし、この実施例では、点Ｑは、輝度分布画像の中心座標（６００、４００）に設定される。したがって、姿勢検出装置３０は、θxおよびθzを検出するために、点Ｒの座標を特定する。以下、点Ｒを「基準点」と呼ぶ。
【００６４】
姿勢検出部３６は、上述した基準点を特定するために、輝度分布画像に現れる輝度分布ラインと予め用意されている参照分布パターンとのマッチングを行なう。そして、姿勢検出部３６は、このマッチングの結果に基づいて、θzおよびθxを算出するための基準点の座標を特定する。
【００６５】
図１４は、参照分布パターンの一例を示す。参照分布パターンは、予め指定された姿勢を保持する光ファイバ１２にコリメート光が照射されたときに得られる輝度分布（干渉縞のパターン）を表す。図１４において、縦軸は、輝度分布画像の垂直方向の座標を表す。この実施例では、輝度分布画像のサイズは、図１３に示すように、８００×１２００ピクセルである。したがって、「０」および「８００」は、輝度分布画像の下端および上端のピクセルを表す。横軸は、輝度を表している。この実施例では、各ピクセルの輝度は、８ビットのデータ（０〜２５５）で表される。
【００６６】
参照分布パターンは、例えば、光ファイバ１２が目標姿勢に調整されたときに、光ファイバ１２およびフェルール１４からの反射光に対応して得られる輝度分布を表す。すなわち、参照分布データは、光ファイバ１２が目標姿勢に調整されたときに反射光によって得られる輝度分布ラインの干渉縞パターンを表す。なお、光ファイバ１２の目標姿勢は、この実施例では、θx＝０、θy＝０、θz＝０によって表される。また、図１３に示す例では、参照分布パターンは、ラインＬ１を表す。
【００６７】
ここで、フェルール１４のオリエンテーションフラット２１を通して光ファイバ１２にコリメート光が照射されたときは、反射光が導かれる角度の分布は、図９（ｂ）に示すように、ほぼ対称である。このため、光ファイバ１２およびフェルール１４からの反射光に対応する輝度分布の干渉縞パターンも、ほぼ対称である。そして、光ファイバ１２が目標姿勢に保持されているときは、輝度分布の干渉縞パターンは、輝度分布画像の中心に対して対称となる。したがって、図１４に示す参照分布パターンは、座標４００から座標８００までの輝度分布、および座標４００から座標０までの輝度分布は、互いにほぼ対称である。
【００６８】
なお、参照分布パターンは、例えば、予め測定またはシミュレーション等によって生成される。ここで、光ファイバ１２にコリメート光が照射されたときに得られる輝度分布ラインの干渉縞パターンは、光ファイバ１２の直径および材質、およびフェルール１４の形状および材質などに基づいて決まる。そして、参照分布パターンを表すデータは、輝度分布データベース３７に格納される。
【００６９】
姿勢検出部３６は、輝度分布画像に現れた輝度分布ラインを表す輝度分布データを取得する。そして、姿勢検出部３６は、図１５に示すように、輝度分布画像に現れた輝度分布ラインと参照分布パターンとのマッチングを行なう。このとき、姿勢検出部３６は、たとえば、参照分布パターンを１ピクセルずつシフトしながら、参照分布パターンの干渉縞と輝度分布ラインの干渉縞との間の相関をそれぞれ計算する。この結果、図１５に示す例では、参照分布パターンを１５０ピクセルだけシフトさせたときに、輝度分布ラインと参照分布パターンとがほぼ一致している。この場合、姿勢検出部３６は、このシフト量「１５０」に基づいて基準点を特定する。
【００７０】
図１６は、基準点に基づいてθx、θy、θzを算出する方法を説明する図である。基準点の座標は、輝度分布ラインと参照分布パターンとのマッチング結果に基づいて決定される。一例としては、まず、輝度分布画像において、始点Ｔが決定される。始点Ｔは、輝度分布ラインと「垂直座標＝４００」を表す直線との交点である。そして、図１５に示すマッチング処理において、例えば「シフト量＝１５０」が得られている場合には、始点Ｔから輝度分布ラインに沿って１５０ピクセルだけ移動した点が、基準点として特定される。
【００７１】
姿勢検出部３６は、輝度分布画像において、基準点の座標からθzおよびθxを算出する。ここで、θzおよびθxは、下式で表される。
θz＝Ｋz×Ｒz
θx＝Ｋx×Ｒx
Ｒzは、基準点の垂直方向の座標を表す。また、Ｒxは、基準点Ｒの水平方向の座標を表す。さらに、ＫzおよびＫxは、それぞれ比例係数を表す。なお、比例係数は、測定またはシミュレーション等によって予め得られているものとする。
【００７２】
また、姿勢検出部３６は、輝度分布画像において、輝度分布ラインの傾斜角度に基づいてθyを検出する。この実施例では、輝度分布ラインの傾斜角度は、θyと一致する。したがって、輝度分布画像において輝度分布ラインの傾斜角度を算出することにより、θyが検出される。
【００７３】
図１７は、実施形態の姿勢検出方法を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、姿勢検出装置３０に対して光ファイバ１２の姿勢を検出する旨の指示が与えられたときに実行される。なお、このフローチャートが実行されるときは、光ファイバ１２と対応する光導波路とが光学的に結合するように、光ファイバ１２の位置が適切に調整されているものとする。
【００７４】
Ｓ１において、オートコリメータ３１は、コリメート光生成器３２を利用して、光ファイバ１２にコリメート光を照射する。但し、光ファイバ１２は、フェルール１４に収容されているので、コリメート光は、フェルール１４を通して光ファイバ１２に照射される。このとき、コリメート光は、光ファイバ１２を収容するフェルール１４のオリエンテーションフラット２１に対してほぼ垂直に照射される。
【００７５】
Ｓ２において、オートコリメータ３１は、光センサデバイス３３を利用して、コリメート光の反射光を受光する。このとき、光センサデバイス３３は、光ファイバ１２からの反射光およびフェルール１４のオリエンテーションフラット２１からの反射光を受光する。
【００７６】
Ｓ３において、輝度分布画像生成部３５は、光センサデバイス３３の出力信号に基づいて、輝度分布画像を生成する。なお、コリメート光が光ファイバ１２（及び、フェルール１４）に照射されたときは、輝度分布画像上に輝度分布ラインが現れる。輝度分布ラインは、Ｓ２において検出された反射光によって生成される。
【００７７】
Ｓ４において、姿勢検出部３６は、Ｓ３で生成された輝度分布画像上に現れる輝度分布ラインを検出する。このとき、姿勢検出部３６は、輝度分布ライン上の各ピクセルの座標および輝度を表すデータを取得する。
【００７８】
Ｓ５において、姿勢検出部３６は、輝度分布画像上に現れる輝度分布ラインの位置に基づいて輝度分布画像上で基準点の座標を特定する。輝度分布ラインの位置に基づいて基準点の座標を特定する方法は、たとえば、図１４〜図１６を参照しながら説明した通りである。
【００７９】
Ｓ６において、姿勢検出部３６は、基準点の座標に基づいて、θzおよびθzを検出する。そして、Ｓ７において、姿勢検出部３６は、輝度分布画像上での輝度分布ラインの傾斜角度に基づいて、θyを検出する。なお、Ｓ７の処理は、Ｓ４とＳ５との間、またはＳ５とＳ６との間に実行されるようにしてもよい。
【００８０】
図１８は、基準点を特定する方法を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図１７のＳ５の一例である。
Ｓ１１において、姿勢検出部３６は、輝度分布画像から抽出される輝度分布ラインと参照分布パターンとのマッチングを行なう。すなわち、姿勢検出部３６は、輝度分布ラインを表すデータと参照分布パターンを表すデータとの相関を計算する。このとき、例えば、参照分布パターンを１ピクセルずつシフトしながら、輝度分布ラインと参照分布パターンとの相関をそれぞれ計算する場合には、最大相関値が得られるシフト量を記憶する。
【００８１】
Ｓ１２において、姿勢検出部３６は、Ｓ１１で算出された相関値（上述の例では、最大相関値）と予め指定されている閾値とを比較する。この相関値が閾値よりも大きければ、姿勢検出部３６は、Ｓ１３において、輝度分布ラインの干渉縞の位置に基づいて基準点の座標を特定する。
【００８２】
一方、相関値が閾値以下であれば、姿勢検出部３６は、Ｓ１４において、θzを変える旨の指示をアラインメント装置４０に与える。そうすると、アラインメント装置４０は、姿勢検出部３６からの指示に応じて光ファイバ１２のθzを調整する。この後、姿勢検出装置３０の処理はＳ１に戻る。このように、姿勢検出装置３０は、光ファイバ１２の姿勢を検出するために好適な輝度分布ラインが得られた後に、光ファイバ１２の姿勢を検出する。
【００８３】
このように、実施形態の姿勢検出方法によれば、オートコリメータおよび画像処理を利用して、光デバイスに光学的に結合される光ファイバの姿勢を検出することができる。また、実施形態の姿勢検出方法によれば、光ファイバに対してある１つの方向からしか光を照射できない場合であっても、光ファイバの姿勢を検出できる。
【００８４】
＜他の実施形態＞
基準点Ｒの座標は、他の方法で特定してもよい。たとえば、姿勢検出部３６は、輝度分布画像上で輝度分布ラインと図１４に示す参照分布パターンとのマッチングを行なう。このマッチング処理において、姿勢検出部３６は、輝度分布ライン上で、参照分布パターンの「座標＝４００」に対応するピクセル（或いは、図１３に示すラインＬ１の点Ｑに対応するピクセル）を検出する。そして、姿勢検出部３６は、このようにして検出したピクセルが、基準点として使用する。
【００８５】
また、姿勢検出部３６は、輝度分布ラインの干渉縞の対称性を利用して基準点を特定してもよい。この場合、姿勢検出部３６は、輝度分布ラインの干渉縞の対称が得られる点を基準点として特定する。
【００８６】
さらに他の方法においては、２つの異なるθzに対してそれぞれ輝度分布画像が生成される。例えば、オリエンテーションフラット２１の両側のエッジの近傍にコリメート光が照射されたときの輝度分布画像がそれぞれ生成される。そして、各輝度分布画像に現れる輝度分布ラインの位置に基づいて基準点が特定される。
【００８７】
また、上述の実施例では、フェルール１４の形状は、平面部分を有する円筒である。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、光ファイバを収容する保持部材は、表面の少なくとも一部に平面部分を有する形状であればよい。
【符号の説明】
【００８８】
１  光ファイバ
２  光デバイス
１０  光モジュール
１１  光デバイスチップ
１２（１２ａ、１２ｂ）  光ファイバ
１４（１４ａ、１４ｂ）  フェルール
２１  オリエンテーションフラット（平面部分）
３０  姿勢検出装置
３１  オートコリメータ
３２  コリメート光生成器
３３  光センサデバイス
３４  プロセッサシステム
３５  輝度分布画像生成部
３６  姿勢検出部
３７  輝度分布データベース
【図１】
2014122962.tif 000003
【図２】
2014122962.tif 000004
【図４】
2014122962.tif 000005
【図５】
2014122962.tif 000006
【図７】
2014122962.tif 000007
【図９】
2014122962.tif 000008
【図１７】
2014122962.tif 000009
【図１８】
2014122962.tif 000010
【図３】
2014122962.tif 000011
【図６】
2014122962.tif 000012
【図８】
2014122962.tif 000013
【図１０】
2014122962.tif 000014
【図１１】
2014122962.tif 000015
【図１２】
2014122962.tif 000016
【図１３】
2014122962.tif 000017
【図１４】
2014122962.tif 000018
【図１５】
2014122962.tif 000019
【図１６】
2014122962.tif 000020