(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子の放射光を透過させる集光系光学部品との相対的な位置決めを行う方法であって、
該集光系光学部品を介して該発光素子の発光領域を撮影する撮像手段と、該集光系光学部品と該撮像手段との間に配置され該発光素子から該光学部品を介して出射された光ビームをコリメート光に変化させる光学部品とを用い、
該撮像手段により表示手段上に表示される映像が該表示手段の所定の位置に表示されるように該相対位置を調節することにより前記発光素子の放射光軸に直角な方向の調芯を行い、次いで、該映像が最も小さくなるように該相対位置を調節することにより該発光素子の放射光軸方向の調芯を行うことを特徴とする光学系の調芯方法。
【請求項２】
請求項１に記載された調芯方法において、前記撮像手段がＣＣＤカメラであり、前記表示手段が該ＣＣＤカメラに接続されたＣＲＴモニタであることを特徴とする光学系の調芯方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された調芯方法において、ひと組の発光素子および集光系光学部品について調芯を行った後の映像を記録しておき、他の発光素子および集光系光学部品の調芯を行う際に、該記録した映像と一致するように調芯作業を行うことを特徴とする調芯方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載された調芯方法において、前記撮像手段の直前に、前記放射光の形成するパターンを拡大する拡大系光学部品が挿入されていることを特徴とする調芯方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光学系の調芯方法に関する。より詳細には、本発明は、光モジュールの光学系等の組立において、レンズ等の小型光学素子や光ファイバ等の光学部品あるいは半導体レーザ等の光素子の光軸を相互に一致させるための新規な調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの分野で光信号の利用が拡大している。しかしながら、現状では、各種の信号処理は電気信号に変換して行われている。従って、光システムでは随所で電気／光変換器が使用されることになる。そこで、システムの構築を容易にするために、光信号の伝送媒体として代表的な光ファイバと電気／光変換素子としての発光素子とを一体にして構成された発光素子モジュールが広く利用されている。この種の発光素子モジュールでは、発光素子と光ファイバとの間に、発光素子の放射光を収束させて効率良く光ファイバに結合するために、レンズ、アイソレータ等の光学素子からなる光学系が配置されている。
【０００３】
上述のような発光素子モジュールにおいては、発光素子の発生する限られた光パワーをできる限り効率良く光ファイバに結合することが求められる。一方、多くの光学部品は、入射光に対するその物理的な位置関係により結合効率あるいは透過効率等が変化する。従って、発光素子モジュールの性能は、各部材の個々の特性もさることながら、組立て時の部品相互の位置決めに大きく左右される。
【０００４】
光モジュールにおけるこの種の光学部品の位置調整は、例えば、『光結合系の基礎と応用（現代光学社）』第９８頁に記載されているように、以下のように行われる。まず、発光素子を動作させながら、その直後に配置されるレンズと光ファイバとの位置をそれぞれ調整し、光ファイバに結合される光パワーが最大になる位置でまずレンズを固定する。次に、この発光素子と光学系とから構成される組立体に対して光ファイバの位置を調整して固定する。尚、実際には、光ファイバ先端の位置決めについても改めて同様な調整作業が行われる。
【０００５】
また、光学部品の位置調整の他の方法として、別途用意した標準光ファイバを用いる方法もある。この方法では、標準光ファイバと光学部品とを理想的な位置関係で相互に固定して組立体を構成した後、この組立体に結合される光パワーが最大になるように、発光素子と組立体の位置関係を調整して最適位置を得る。
【０００６】
更に実用的な他の方法として、光モジュールを構成する各部材の機械的な精度を向上させることにより光モジュールの製造を無調整で行う方法もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような光学部品の固定においては１０μｍ以下のオーダの精度が要求されるので、その位置決めは、実際には非常に時間のかかる作業であり、その作業を行う者には熟練が要求される。また、基本的に、光ファイバを用いる調整では、光ファイバがシングルモードタイプの場合はやはり１０μｍ以下の精度が要求される。その点、高精度部品を使用した無調整の発光素子モジュールは、組立て自体は容易で作業性は高いが、そのために使用する部品の製造に要求される精度が高くなるので全工程を通じては必ずしも生産性は向上されない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、より作業効率が高く、容易且つ確実にレンズの位置決めを行うことができる新規な調芯方法を提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明に従うと、発光素子と、該発光素子の放射光を透過させる集光系光学部品との相対的な位置決めを行う方法であって、該集光系光学部品を介して該発光素子の発光領域を撮影する撮像手段と、該集光系光学部品と該撮像手段との間に配置され該発光素子から該光学部品を介して出射された光ビームをコリメート光に変化させる光学部品とを用い、該撮像手段により表示手段上に表示される映像が該表示手段の所定の位置に表示されるように該相対位置を調節することにより前記発光素子の放射光軸に直角な方向の調芯を行い、次いで、該映像が最も小さくなるように該相対位置を調節することにより該発光素子の放射光軸方向の調芯を行うことを特徴とする光学系の調芯方法が提供される。
【００１０】
【作用】
本発明に係る調芯方法は、その位置を調整すべき集光系光学部品を介して発光素子の放射光のパターンを観察しながら調整するという点にその主要な特徴がある。
【００１１】
即ち、発光素子の放射光がレンズ等の集光系光学部品を通過すると、同心円状の輝線を含む所定のパターンを形成する。このパターンの像は、発光素子と光学部品との相対位置によって形状並びに大きさが変化するので、ＣＣＤカメラ等の撮像手段で観察することにより、発光素子と光学部品との相対位置の変化を知ることができる。更に、一般に、撮像手段は観察対象を拡大して撮影する光学系を備えているので、微細な素子または部品を対象とする調芯作業を容易且つ確実に行うことができる。
【００１２】
更に、発光素子と固定すべきレンズの相対位置が最適になったときに得られる映像パターンの形状、寸法、表示手段上の位置等を記録しておいて次の調整作業時に記録しておいたパターンを参照することにより、特に熟練していない者が作業しても熟練者と同等の精度で調整を行うことができる。
【００１３】
以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【００１４】
【実施例】
図１は、本発明に係る調芯方法を実施する際の機材の構成を模式的に示す図である。
【００１５】
同図に示すように、この装置は、台座上に固定された発光素子１に対して、調芯すべき被調整レンズ２を把持するチャック４と、レンズ２と共にチャック４に把持されている観察用レンズ３と、被調整レンズ２および観察用レンズ３を介して発光素子１の発光面を観察することができるＣＣＤカメラ５と、ＣＣＤカメラ５が撮影した光ビームのパターンを映像化して表示するＣＲＴモニタ６とから主に構成されている。但し、被調整レンズ２と観察用レンズ３とは、いずれもチャック４から個別に開放することができる。尚、発光素子１は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に移動できるステージに固定されている。
【００１６】
以上のように構成された装置を用いて発光素子１に対してレンズ２を位置決めする際の手順を説明する。なお、ここで行う調整は、レンズ２による結像系での物点が、発光素子１の発光部に一致するように位置決めすることを目的としている。
【００１７】
本実施例では観察用レンズ３としてコリメートレンズを使用し、まず、被調整レンズ２と発光素子１との位置関係が設計値になったときにコリメート光が形成されるように、観察用レンズ３と被調整レンズ２との相対位置を決め、この相対位置を維持しつつチャック４によりこれらのレンズを固定する。尚、ここでの相対位置の位置決めはチャック４の機械的精度を頼りに行っているが、一般的なこの種の装置はこの段階での調整には充分な機械的精度を有している。
【００１８】
図２は、以下の作業を行う発光素子との相対位置の調整に際してモニタ上に表される像を示す図である。
【００１９】
各図中に示すように、このときモニタ上に現れる像は、光ビームそのものにより形成される明るい円形の像と、この円形の像の端部近傍の内外に形成される同心円状の複数の干渉縞とから形成された、全体としても円形の像である。
【００２０】
モニタ上に上述のような像が現ると、まず、発光素子１の放射光軸と被調整レンズ２との光学軸が一致するように発光素子１を水平に移動させる。このとき、予め調べてあるモニタ上の特定の位置へ画像の中心が一致するように調芯を行うことが好ましい。
【００２１】
次に、被調整レンズ２および観察用レンズ３からなる光学系と発光素子１との間の間隔を調整する。即ち、まず、モニタ６の画面上の画像７が、コリメート光を撮影したときに得られる画像と同じに、光ビーム８が一番絞られて高輝度な領域の外径が最も小さくなるように光学系の位置を調節する。
【００２２】
より詳細には、発光素子１と被調整レンズ２との距離ｘが最適距離ａよりも小さいとき、レンズ３から出射される光ビーム８は発散するので、図２（ａ）  に示すように、モニタ上の像７は大きくなる。次いで、距離ｘを除々に大きくすると、光ビーム８は除々に絞られ、図２（ｂ）  に示すように、最適距離ａと一致したときに最も小さくなる。更に、距離ｘが、最適距離ａよりも大きくなると、レンズ３から出射される光ビーム８はカメラ５よりも手前に集束されることになるので、図２（ｃ）  に示すように、モニタ６上に表示される像７は再び大きくなる。
【００２３】
上述のようにして被調整レンズ２が最適位置へ位置決めされたら、その位置で被調整レンズ２のみを発光素子と共通の基板等に固定した後、被調整レンズ２をチャック４から開放して調芯作業は終了する。
【００２４】
従来の光ファイバを用いた調芯方法を実施した場合に１個の調芯に３０分以上掛かっていたのに対して、以上述べたような本発明に係る一連の調芯作業は１０分程度で終了した。
【００２５】
また、実際の作業では調芯後に光調整レンズ２を固定しなければならない。この点から考えると、本発明に係る方法では、レンズ２とカメラ５との間隔を十分に大きくとることができるので、半田あるいはＹＡＧレーザ溶接等の信頼性の高い固定方法を自由に選択して実施することができる。この点、顕微鏡等の拡大光学系に頼った方法では、精度を高くするために倍率の高い光学系を使用した場合に、被調整レンズと拡大光学系の対物レンズとの距離が非常に短くなる。このため、この種の方法では、調整の精度を上げると却って樹脂固定等の信頼性の低い固定方法で被調整レンズの固定しなければならなくなる。
【００２６】
尚、本実施例では、発光素子とレンズとの調芯作業を例に挙げて説明したが、例えば、他端から光を注入したり、別途用意した光源からの光ビームを利用することにより、光ファイバとレンズあるいはレンズ同士等のように、それ自体は発光しない光学部品の調芯にも本願発明の調芯方法を適用することができる。
【００２７】
また、上記の説明では、光調整レンズ２による結像系での物点と発光素子とが一致するように調整する場合について説明したが、観察用レンズ３として特性の異なるレンズを使用したり、参照する観察パターンを変更することにより、任意の位置関係で光学部品の位置決めを行うことができる。
【００２８】
更に、前記のような一連の手順で最適位置に調節されたときに得られた観察画像を記録しておき、この画像をリファレンスとして用いることにより、熟練していない作業者でも熟練者と同等の精度の調芯を行うことができる他、調芯作業の自動化にも応用できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る調芯方法によれば、発光素子に対するレンズの位置決めを容易且つ短時間で行うことができる。また、本発明に係る方法は、熟練していない作業者でも精度の高い調整を行うことができるので、人員の確保も容易である。従って、本発明により、光モジュールの生産性は著しく改善される。
【００３０】
更に、本発明に係る方法では、調芯の対象となるレンズと撮像手段との間隔を調芯精度を維持しつつ十分に広くとることができるので、半田やＹＡＧレーザ溶接等の適切な固定方法を任意に選択して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法を実施する際の機材の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る方法を実施する際の作業を説明するための図である。
【符号の説明】
１・・・発光素子、
２・・・被調整レンズ、
３・・・観察用レンズ、
４・・・チャック、
５・・・カメラ、
６・・・モニタ、
７・・・高輝度画像、
８・・・光ビーム
【図１】
0003591012.tif 000002
【図２】
0003591012.tif 000003