(57)【要約】【課題】２つの光学素子に対して高効率な光結合を行う光学素子調整方法および装置、並びに光デバイス製造方法および光学ユニットを提供する。【解決手段】光学素子調整装置は、受光レンズ２、集光レンズ３、光量測定装置４、制御装置５、把持治具６、および位置調整機構７を備えている。第２の光学素子９は、第１の光学素子８から出射された光Ｌを一方端面で受光し、当該光Ｌを内部に形成された光導波路９ａで伝搬し、他方端面から出射光Ｌｏｕｔとして出射する。制御装置５は、光量測定装置４からの光量データと位置調整機構７とを用いて、第１および第２の光学素子８および９の端面間に発生する反射による光量の周期的な変動の極大値の位置に第１および第２の光学素子８および９を調整し、第１および第２の光学素子８および９の間の光軸位置を調整して、第１および第２の光学素子８および９を高効率に光結合する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源となる第１の光学素子と、当該第１の光学素子から出射される光をその内部に形成された光導波路によって伝搬する第２の光学素子との位置関係を調整する光学素子調整方法であって、
前記第１の光学素子から前記第２の光学素子の光導波路の内部を伝搬して出射される出射光を検出光学系に入射させる工程と、
前記検出光学系に入射した前記出射光の光量を測定する工程と、
前記第１および第２の光学素子の間隔を変化させることによって生じる前記光量を測定する工程で測定された光量の周期的な変動において、前記第１の光学素子の出射端面に対して最も近くに存在する極大値を検出する工程と、
前記極大値を検出する工程で検出された極大値を示す位置に前記第１および第２の光学素子の位置関係を調整する工程とを含む、光学素子調整方法。
【請求項２】
さらに、前記光量の周期的な変動における極大値毎の光量の変化量に基づいて、前記第１および第２の光学素子の端面間隔を推定する工程を含み、
前記位置関係を調整する工程は、前記推定された端面間隔に基づいて、前記第１および第２の光学素子の端面を光軸方向に近づけ、前記第１の光学素子の出射端面に対して最も近くに存在する極大値を示す位置に前記第１および第２の光学素子の位置関係を調整する、請求項１に記載の光学素子調整方法。
【請求項３】
光源となる第１の光学素子から出射した光を第２の光学素子の内部に形成された光導波路によって所定の位置に伝搬させる光デバイスを製造する方法であって、
前記第１の光学素子から出射された光を前記第２の光学素子の光導波路に入射させる工程と、
前記第１の光学素子から前記第２の光学素子の光導波路の内部を伝搬して出射される出射光を検出光学系に入射させる工程と、
前記検出光学系に入射した前記出射光の光量を測定する工程と、
前記第１および第２の光学素子の間隔を変化させることによってに生じる前記光量を測定する工程で測定された光量の周期的な変動において、前記第１の光学素子の出射端面に対して最も近くに存在する極大値を検出する工程と、
前記極大値を検出する工程で検出された極大値を示す位置に前記第１および第２の光学素子の位置関係を調整する工程と、
前記位置関係が調整された前記第１および第２の光学素子を固定する工程とを含む、光デバイス製造方法。
【請求項４】
光源となる第１の光学素子と、当該第１の光学素子から出射される光をその内部に形成された光導波路によって伝搬する第２の光学素子との位置関係を調整する光学素子調整装置であって、
前記第１の光学素子から前記第２の光学素子の光導波路の内部を伝搬して出射される出射光を受光する位置に配置され、当該出射光の光量を測定する光量測定部と、
前記第１および第２の光学素子の間隔を変化させることによってに生じる前記光量測定部が測定した光量の周期的な変動において、前記第１の光学素子の出射端面に対して最も近くに存在する極大値を検出する極大値検出部と、
前記極大値検出部で検出された極大値に基づいて、前記第１および第２の光学素子の位置関係の調整指示を出力する位置制御部と、
前記第１または第２の光学素子を把持し、前記位置制御部から出力される調整指示に基づいて前記極大値を示す光軸方向の位置に前記第１または第２の光学素子を移動させる位置調整部とを備える、光学素子調整装置。
【請求項５】
光源となる第１の光学素子と、当該第１の光学素子から出射される光をその内部に形成された光導波路によって伝搬する第２の光学素子とを光結合した光学ユニットであって、
前記第１の光学素子の出射端面と前記第２の光学素子の入射端面との間隔を変化させることによってに生じる前記第２の光学素子から出射される光量の周期的な変動において、前記第１の光学素子の出射端面に対して最も近くに存在する極大値を示す位置に前記第２の光学素子の入射端面を配置した光結合構造を有する、光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの光学素子の光軸を調整して光接続する光学素子調整方法および光デバイス製造方法、並びにその方法を用いた光学素子調整装置および光結合構造を有する光学ユニットに関し、より特定的には、一方の光学素子から出射される出射光を用いて互いの光学素子の位置関係を調整して光接続する光学素子調整方法および光デバイス製造方法、並びにその方法を用いた光学素子調整装置および光結合構造を有する光学ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザおよび光導波路等に代表される２つの光学素子の間の光軸位置を調整して光接続する方法として、半導体レーザから出射されその半導体レーザに光接続される光導波路を伝搬して出射される光の出射光量を、パワーメータ等で測定しながらその光量が最大の位置になるように調整するアクティブアライメントが行われている（例えば、特許文献１参照）。以下、図１０を参照して、従来のアクティブアライメントについて説明する。なお、図１０は、従来のアクティブアライメントを行う光学素子調整装置の構成を説明するための概略図である。
【０００３】
図１０において、従来の光学素子調整装置は、受光レンズ１０１、集光レンズ１０２、光量測定装置１０３、把持治具１０４、および位置調整機構１０５を備えている。そして、上記光学素子調整装置は、第１の光学素子１０６および第２の光学素子１０７の間の光軸位置を調整して、互いに光接続させる上記アクティブアライメントを行う。第１の光学素子１０６は、半導体レーザ等の発光素子、あるいは半導体レーザ等に接続され光Ｌを発光することができる光導波路や光ファイバ等で構成される。第２の光学素子１０７は、第１の光学素子１０６に対して光軸位置が調整される微小径の光導波路１０７ａが形成された光導波路基板や光ファイバ等で構成される。
【０００４】
受光レンズ１０１は、光導波路１０７ａの光軸上に配置され、第１の光学素子１０６から出射された光Ｌが光導波路１０７ａを伝搬した後、第２の光学素子１０７から出射された出射光Ｌｏｕｔを受光し、その出射光を略平行光に変換して出射する。集光レンズ１０２は、受光レンズ１０１から出射された略平行光を集光して出射する。光量測定装置１０３は、集光レンズ１０２から出射された集光された光を受光し、その光の光量（強度）を測定するパワーメータ等で構成される。以下、受光レンズ１０１、集光レンズ１０２、および光量測定装置１０３を総称する場合には、検出光学系１００と記載する。把持治具１０４は、第２の光学素子１０７を把持し、位置調整機構１０５によって図示Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に移動させられることによって、第１の光学素子１０６に対して第２の光学素子１０７の光軸位置を調整し、互いに光接続する。なお、上記Ｘ方向は、図１０の紙面に対して垂直方向を示し、上記Ｙ方向は、図１０の上下方向を示し、上記Ｘ方向は、図１０の左右方向を示す。
【０００５】
次に、光学素子調整装置の動作について説明する。第１の光学素子１０６から出射された光Ｌは、第２の光学素子１０７に形成された光導波路１０７ａの一方端から入射し、光導波路１０７ａを伝播して他方端から出射光Ｌｏｕｔとして出射される。出射光Ｌｏｕｔは、受光レンズ１０１に入射し略平行光に変換された後、集光レンズ１０２によって光量測定装置１０３に結像される。そして、結像された出射光Ｌｏｕｔの光量（強度）を検出しながら、位置調整機構１０５によって把持治具１０４を介して第２の光学素子１０７を上記Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に移動させて光軸位置の調整を行う。このとき、第１の光学素子１０６の出射口と第２の光学素子１０７に形成された光導波路１０７ａとを効率よく結合させるため、光導波路１０７ａを通過してきた出射光Ｌｏｕｔの光量が最大となるように第１および第２の光学素子１０６および１０７の光軸位置を調整する。つまり、最終的には、図１１に示すように、第１および第２の光学素子１０６および１０７は、上記ＸおよびＹ方向において光軸が一致した状態で、かつ上記Ｚ方向において互いの端面を直接接合した状態が出射光Ｌｏｕｔの光量が最大となる位置として、互いに光接続され固定される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−１８０５０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１および第２の光学素子１０６および１０７同士の間隔を、Ｚ方向（図１０参照）に対して上記光量を用いて近づける場合、第１の光学素子１０６から発せられた光の一部が、第２の光学素子１０７の端面で反射し、さらに、第１の光学素子１０６の端面で反射することにより、第１および第２の光学素子１０６および１０７の端面間で反射光の干渉が発生する。ここで、図１２を参照して、第２の光学素子１０７からの上記反射光の干渉の影響を受けた出射光Ｌｏｕｔの光量と上記端面間距離との関係について説明する。なお、図１２は、上記端面間距離（横軸）と上記反射光の干渉の影響を受けた出射光Ｌｏｕｔの光量（縦軸）との関係を示すグラフである。
【０００８】
図１２において、上記反射光の干渉による出射光Ｌｏｕｔの光量変動は、一定の周期で発生する。これにより、上記反射光の干渉の影響を受けた出射光Ｌｏｕｔの光量は、端面間距離が小さくなることによる光量増加と上記干渉による変動との和となる。この周期的な光量変動の発生により、単位距離あたりの光量増加量Ｌｑ１〜Ｌｑ４も変動する。例えば、図１２において、第２の光学素子１０７を上記Ｚ方向（図１０参照）に単位距離Ａずつ第１の光学素子１０６に近づけて移動させた場合には、単位距離Ａあたりの光量増加量は、Ｌｑ１→Ｌｑ２→Ｌｑ３→Ｌｑ４と変化するが、Ｌｑ１＞Ｌｑ２＞Ｌｑ３＞Ｌｑ４とならない場合がある。つまり、端面間距離の変化に対する光量変化量に基づいて上記Ｚ方向の端面間距離を推測する場合、上記Ｚ方向における光軸調整の精度が低くなる。また、上記端面間距離の推測が不安定になると、第１および第２の光学素子１０６および１０７同士の接触により、端面付近が破損するという問題が発生する。
【０００９】
なお、上述した端面間の反射光による干渉は、第１あるいは第２の光学素子１０６あるいは１０７の端面に角度をつけることによって、防止することができる。しかしながら、近年、光学素子同士の高効率直接結合の要望により、それぞれの光学素子の垂直端面同士を直接端面結合させることにより、素子同士を限りなく近づけて高効率な結合を行う方法が望まれており、さらに、光学素子自体の小型化および高出力化の観点から、上記直接端面を結合させる構造より、さらなる高効率な光結合を行うことができる構造が望まれていた。
【００１０】
それ故に、本発明の目的は、光学素子同士の間の位置関係を調整して光接続する際に、それぞれの光学素子の間隔を高精度で近づけ、端面結合によりも高効率な光学素子調整方法およびその装置、並びにその方法が用いられた光デバイス製造方法および光結合構造を有する光学ユニットを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
本発明の光学素子調整方法は、光源となる第１の光学素子と、当該第１の光学素子から出射される光をその内部に形成された光導波路によって伝搬する第２の光学素子との位置関係を調整する。光学素子調整方法は、検出光学系に入射させる工程、光量を測定する工程、極大値を検出する工程、および位置関係を調整する工程を含んでいる。検出光学系に入射させる工程は、第１の光学素子から第２の光学素子の光導波路の内部を伝搬して出射される出射光を検出光学系に入射させる。光量を測定する工程は、検出光学系に入射した出射光の光量を測定する。極大値を検出する工程は、前記第１および第２の光学素子の間隔を変化させることによって生じる前記光量を測定する工程で測定された光量の周期的な変動において、前記第１の光学素子の出射端面に対して最も近くに存在する極大値を検出する。位置関係を調整する工程は、前記極大値を検出する工程で検出された極大値を示す位置に前記第１および第２の光学素子の位置関係を調整する。
【００１２】
上記した本発明の構成によれば、２つの光学素子の端面同士の干渉により第１および第２の光学素子の間隔を変化させることによって生じる光軸方向の光量の周期的な変動の極大値の内、第１の光学素子の出射端面に対して最も近くに存在する最大の極大値を利用して位置調整することによって、端面同士に反射がない状態で得られる光量最大点として２つの光学素子の直接端面同士を接合することによって得られる光量よりも大きな光量を得ることができ、第１および第２の光学素子のおける光の利用効率を大幅に高めることができる。
【００１３】
さらに、上記光学素子調整方法は、端面間隔を推定する工程を含んでもかまわない。端面間隔を推定する工程は、前記光量の周期的な変動における極大値毎の光量の変化量に基づいて、前記第１および第２の光学素子の端面間隔を推定する。この場合、上記位置関係を調整する工程は、推定された端面間隔に基づいて、第１および第２の光学素子の端面を光軸方向に近づけ、第１の光学素子の出射端面に対して最も近くに存在する極大値を示す光軸方向の位置に第１および第２の光学素子間の位置関係を調整する。これによって、光学素子を光軸方向へ移動させる際は、上記干渉の影響を受けた極大値を検出することによって上記光量の変動成分を除去し、当該極大値に相当する光量変化量を用いて当該端面間距離を推測する。したがって、２つの光学素子間隔を高精度に調整することができ、調整中の光学素子同士の接触も防止することができる。
【００１４】
なお、本発明は、上述した光学素子調整方法における、それぞれの工程を実行する機能を有する光学素子調整装置としても実現することができる。また、本発明は、上述した光学素子調整方法を用いた光デバイス製造方法および光結合構造を有する光学ユニットとしても実現することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係る光デバイス製造方法について説明する。本発明の光デバイス製造においては、半導体レーザ等の発光素子、あるいは半導体レーザ等に接続され光を発光することができる光導波路、光ファイバ、あるいは光ファイバアレイ等で構成された第１の光学素子と、当該第１の光学素子に対して光軸位置が調整される光導波路基板、光ファイバ、あるいは光ファイバアレイ等で構成された第２の光学素子とを高効率に光結合することによって、光学ユニットを製造するものである。なお、図１は第１および第２の光学素子の光軸調整に用いられる光学素子調整装置の構成を示す機能ブロック図であり、図２は当該光デバイス製造方法の全体の動作手順を示すフローチャートである。
【００１６】
図１において、当該光学素子調整装置は、受光レンズ２、集光レンズ３、光量測定装置４、制御装置５、把持治具６、および位置調整機構７を備えている。制御装置５は、一般的なコンピュータシステム等で構成され、光量処理部５１および位置制御部５２を有している。そして、上記光学素子調整装置は、第１および第２の光学素子８および９の間の光軸位置を調整して、互いに光接続させるアクティブアライメントを行い、第１および第２の光学素子８および９を高効率に光結合して固定する。ここで、第１の光学素子８は、半導体レーザ等の発光素子、あるいは半導体レーザ等に接続され光を発光することができる光導波路、光ファイバ、あるいは光ファイバアレイ等で構成される。第２の光学素子９は、第１の光学素子８に対して光軸位置が調整される光導波路９ａが形成された光導波路基板、光ファイバ、あるいは光ファイバアレイ等で構成される。そして、第２の光学素子９は、第１の光学素子８から出射された光Ｌを一方端面で受光し、当該光Ｌを内部に形成された光導波路９ａで伝搬し、他方端面から出射光Ｌｏｕｔとして出射する。
【００１７】
受光レンズ２は、第２の光学素子９に形成された光導波路９ａを伝搬し出射された出射光Ｌｏｕｔを受光し、その出射光を略平行光に変換して出射する。集光レンズ３は、受光レンズ２から出射された略平行光を集光して出射する。光量測定装置４は、集光レンズ３から出射された集光された光を受光し、その光の光量（強度）を測定するパワーメータ等で構成される。以下、受光レンズ２、集光レンズ３、および光量測定装置４を総称する場合には、検出光学系１と記載する。把持治具６は、第２の光学素子９を把持し、位置調整機構７によって図示Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に移動させられることによって、第１の光学素子８に対して第２の光学素子９の光軸位置を調整し、互いに光接続させる。制御装置５の光量測定部５１は、光量測定装置４からの光量データと位置調整機構７からの第２の光学素子９の座標データとを処理して、第１および第２の光学素子８および９の間の光軸位置や端面間距離を推測する。制御装置５の位置制御部５２は、位置調整機構７からの第２の光学素子９の座標データと光量測定部５１の処理結果を用いて、位置調整機構７の動作を制御する。なお、上記Ｘ方向は、図１の紙面に対して垂直方向を示し、上記Ｙ方向は、図１の上下方向を示し、上記Ｚ方向は、図１の左右方向（第１および第２の光学素子８および９における光結合端面を近づける方向）を示す。
【００１８】
次に、図２を参照して、当該光デバイス製造方法の全体の動作手順を説明する。まず、第２の光学素子９を把持治具６に把持し（ステップＳ１）、位置調整機構７を用いて把持治具６を移動させることによって、第１の光学素子８の光軸に対する第２の光学素子９の粗位置調整を行う（ステップＳ２）。上記ステップＳ２では、例えば、画像処理装置（図示せず）における画像処理等による形状認識を用いて、第１の光学素子８の光軸に対して第２の光学素子９に形成されている光導波路９ａの光伝搬方向が平行になり、かつ、第１の光学素子８側に形成される光導波路９ａの一方端が第１の光学素子８から出射される光Ｌの広がり角内に配置されるように粗位置調整される。そして、第１の光学素子８に含まれている半導体レーザ等の光源を発光させ、第１の光学素子８から光Ｌを出射させる（ステップＳ３）。
【００１９】
次に、光学素子調整装置は、第１および第２の光学素子８および９の光軸調整を行う（ステップＳ４）。なお、このステップＳ４では、従来の端面結合により高効率な光結合が行われるが、詳細な光軸調整方法については、後述する。
【００２０】
上記ステップＳ４による光学調整が終了した第１および第２の光学素子８および９に対して、光結合する面を固定する（ステップＳ５）。このステップＳ５では、第１および第２の光学素子８および９が所定の接着剤を用いて上記ステップＳ４で光軸調整された状態で固定される。例えば、第１および第２の光学素子８および９の光軸調整を行う前に、少なくとも第１あるいは第２の光学素子８あるいは９の光結合面に、結合効率の低下を防ぐため光導波路９ａのコアと同じ屈折率を有するように予め屈折率整合した光学接着剤を微小量塗布しておき、上記光軸調整を行った後にそのまま硬化させる。また、第１および第２の光学素子８および９のみでは接着剤で固定できない場合、他の部材に接着剤を塗布して、互いに当該部材を介して固定されてもかまわない。例えば、予め基板に実装された第１の光学素子８に対して第２の光学素子９を固定する場合、光軸調整を行う前に、当該基板上に接着剤を塗布しておき、上記光軸調整を行った後にそのまま硬化させ、基板および第２の光学素子９を固定してもかまわない。このように、第１および第２の光学素子８および９を光軸調整後に固定することによって、高効率かつ正確に光軸調整された２つの光学素子が１つのユニットとして機能するようになる。
【００２１】
以下、図３および図４を参照して、上記ステップＳ４における光学素子調整方法の詳細について説明する。なお、図３は光学素子調整方法の動作手順を示す上記ステップＳ３のサブルーチンであり、図４は第１および第２の光学素子８および９において光接続する端面間の座標を説明するための端面付近を拡大した側面概要図である。
【００２２】
図３および図４において、制御装置５は、上記ステップＳ３が終了した時点の第２の光学素子９において光結合する端面の上記Ｚ方向の座標Ｚｍ（ｍは当該サブルーチンで使用する自然数の一時変数）を初期座標Ｚ１とし、そして、例えば画像処理装置（図示せず）における画像処理等による形状認識を用いて、第１および第２の光学素子８および９において光接続する端面間に対して初期座標Ｚ１におけるＺ方向の認識処理上の間隔を計測する（ステップＳ４１）。そして、処理を次のステップに進める。
【００２３】
次に、制御装置５は、光量測定装置４および位置調整機構７を用いて、座標Ｚｍにおける上記ＸおよびＹ方向に対して、出射光Ｌｏｕｔの光量が最大となるポイントを検出し、その光量最大ポイントへ第２の光学素子９を移動させる（ステップＳ４２）。以下、図５および図６を参照して、制御装置５が行う上記ステップＳ４２の詳細な処理動作について説明する。なお、図５はＸおよびＹ方向に対して、上記光量最大ポイントへ第２の光学素子９を移動させる処理手順を示すサブルーチンであり、図６は図５の処理を説明するための第２の光学素子９の移動距離（横軸）と出射光Ｌｏｕｔの光量（縦軸）との関係を示すグラフである。
【００２４】
図５において、制御装置５は、位置調整機構７に対して座標Ｚｍを固定して第２の光学素子９を上記Ｘ方向（図４における紙面に垂直な双方向）に所定の距離ずつ移動させる指示を行い、光量測定装置４がそれぞれ移動したポイントにおける出射光Ｌｏｕｔの光量を測定した結果を用いて、Ｘ方向の光量分布を作成する（ステップＳ１０１）。このＸ方向の光量分布では、出射光Ｌｏｕｔの光量変化は、図６に示すような関係になる。そして、制御装置５は、上記ステップＳ１０１で作成したＸ方向の光量分布において、出射光Ｌｏｕｔが最大となるポイントを検出し、位置調整機構７を用いてそのＸ方向における光量最大ポイントを示すＸ座標に第２の光学素子９を移動させる（ステップＳ１０２）。
【００２５】
次に、制御装置５は、位置調整機構７に対して座標Ｚｍおよび上記ステップＳ１０２で検出した光量最大ポイントを示すＸ座標を固定して、第２の光学素子９を上記Ｙ方向（図４における上下双方向）に所定の距離ずつ移動させる指示を行い、光量測定装置４がそれぞれ移動したポイントにおける出射光Ｌｏｕｔの光量を測定した結果を用いて、Ｙ方向の光量分布を作成する（ステップＳ１０３）。このＹ方向の光量分布でも、出射光Ｌｏｕｔの光量変化は、図６に示すような関係になる。そして、制御装置５は、上記ステップＳ１０３で作成したＹ方向の光量分布において、出射光Ｌｏｕｔが最大となるポイントを検出し、位置調整機構７を用いてそのＹ方向における光量最大ポイントを示すＹ座標に第２の光学素子９を移動させ（ステップＳ１０４）、当該サブルーチンによる処理を終了する。つまり、上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理によって、制御装置５は、座標Ｚｍを固定してＸ−Ｙ平面における光量最大ポイントを示すＸおよびＹ座標に第２の光学素子９を移動させる。
【００２６】
図３および図４に戻り、制御装置５は、現在の座標Ｚｍが目標座標Ｚｔｇｔに到達したか否かを判断する（ステップＳ４３）。ここで、目標座標Ｚｔｇｔは、予め設定された第１および第２の光学素子８および９において光結合する端面間のＺ方向における仮の目標間隔を示すＺ座標であり、上記ステップＳ４１で用いた認識処理上の誤差を考慮しても当該端面同士が接触せず、かつ、微小な隙間（例えば、第１の光学素子８が出射する出射光波長λの数倍程度）を保持するように設定される。上記ステップＳ４３の判定は、制御装置５が、上記ステップＳ４１で計測した初期座標Ｚ１における認識処理上の端面間距離に対して、初期座標Ｚ１から位置調整機構７へ動作指示したＺ方向の積算距離を減算し、その座標が目標座標Ｚｔｇｔに到達したか否かで判断する。あるいは、制御装置５が初期座標Ｚ１から所定の移動回数で目標座標Ｚｔｇｔに到達するように予め定めている場合、その回数で判断してもかまわない。そして、制御装置５は、上記ステップＳ４３でＺｍ≠Ｚｔｇｔの場合、次のステップＳ４４に処理を進め、Ｚｍ＝Ｚｔｇｔの場合、次のステップＳ４６に処理を進める。
【００２７】
ステップＳ４４では、制御装置５は、位置調整機構７を用いて第２の光学素子９を第１の光学素子８に近づけるように、所定の移動距離ΔＺｎｍｌだけＺ方向に移動させる。以下、Ｚ方向に第２の光学素子９を第１の光学素子８に近づける方向を、＋Ｚ方向と記載する。ここで、上記ステップＳ４４で＋Ｚ方向に移動させる所定の移動距離ΔＺｎｍｌは、上述した初期座標Ｚ１における認識処理上の距離および上記目標間隔を用いて、その距離差を所定の回数で目標座標Ｚｔｇｔに到達する、あるいは所定の移動距離を繰り返し最終的に移動距離を調整して目標座標Ｚｔｇｔに到達するように設定される。そして、制御装置５は、上記一時変数ｍを＋１することによって新たな座標Ｚｍを設定し（ステップＳ４５）、上記ステップＳ４２に戻って処理を繰り返す。
【００２８】
ステップＳ４６では、制御装置５は、位置調整機構７を用いて第２の光学素子９を、所定の移動微小距離ΔＺｍｉｎだけ＋Ｚ方向に移動させる。ここで、上記ステップＳ４６で＋Ｚ方向に移動させる所定の移動微小距離ΔＺｍｉｎは、第１の光学素子８から出射される出射光の波長λに対して充分小さな距離であり、例えば、ΔＺｍｉｎ＝λ／２０に設定される。そして、処理を次のステップに進める。
【００２９】
次に、制御装置５は、光量測定装置４および位置調整機構７を用いて、現在のＺ座標を固定し上記ＸおよびＹ方向に対して、出射光Ｌｏｕｔの光量が最大となるポイントを検出し、その光量最大ポイントへ第２の光学素子９を移動させる（ステップＳ４７）。なお、このステップＳ４７で行われる詳細な処理動作は、上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００３０】
次に、制御装置５は、現在光量測定装置４が検出している出射光Ｌｏｕｔの光量が、端面間の反射光による干渉によって生じる光量の極大値か否かを判定する（ステップＳ４８）。以下、図７および図８を参照して、制御装置５が上記ステップＳ４８で上記極大値を判定する方法について説明する。なお、図７は、図３の処理を説明するためのＺ座標（横軸）と上記干渉の影響を受けた出射光Ｌｏｕｔの光量（縦軸）との関係を示すグラフであり、図８は、図７のグラフにおいて、上記干渉によって生じる光量の極大値部分を拡大したグラフである。
【００３１】
上述した従来の技術でも説明したように、第１の光学素子８から発せられた光の一部が、第２の光学素子９の端面で反射し、さらに、第１の光学素子８の端面で反射することにより、第１および第２の光学素子８および９の端面間で反射光の干渉が発生する。図７において、上記反射光の干渉の影響を受けた出射光Ｌｏｕｔの光量は、端面間距離が小さくなること（＋Ｚ方向の移動）に伴う増加と上記干渉による変動との和になる。
【００３２】
上記ステップＳ４８では、制御装置５は、上記ステップＳ４７で検出したＸ−Ｙ平面の光量最大ポイントにおける出射光Ｌｏｕｔの光量が、このような端面間の反射光による干渉によって生じる光量の極大値に相当するか否かを判定する。図８において、制御装置５は、現在の上記ステップＳ４７で検出した出射光Ｌｏｕｔの光量Ｌｑｊと直前２回分の上記ステップＳ４７で検出した出射光Ｌｏｕｔの光量Ｌｑ（ｊ−１）およびＬｑ（ｊ−２）との差分を用いて、上記極大値を検出する。具体的には、制御装置５は、
Ｌｑ（ｊ−１）−Ｌｑｊ＞０　かつ　Ｌｑ（ｊ−２）−Ｌｑ（ｊ−１）＜０
である場合、光量Ｌｑ（ｊ−１）が上記極大値に相当すると判定する。つまり、制御装置５は、出射光Ｌｏｕｔの３回分の光量データを用いて差分することによって、直前の光量データが極大値に相当するか否かを判定することになる。
【００３３】
図３に戻り、制御装置５は、上記ステップＳ４８で直前の光量データが極大値に相当しないと判断した場合、上記ステップＳ４６に戻って処理を繰り返す。一方、制御装置５は、上記ステップＳ４８で直前の光量データが極大値に相当すると判断した場合、その光量データを用いて光量変化量を演算する（ステップＳ４９）。上記ステップＳ４９では、制御装置５は、上記極大値に相当する出射光Ｌｏｕｔの光量データのみを用いて光量変化量を演算することになる。図７に示すように、上記極大値のみの光量データを用いて光量変化量を演算する場合、上述した反射光の影響を受けた光量データの変動成分を除去した光量データを演算することができる。
【００３４】
次に、制御装置５は、上記ステップＳ４９で演算した光量変化量が所定値以下か否かを判断する（ステップＳ５０）。このステップＳ５０では、制御装置５は、＋Ｚ方向の移動による光量変化量を検出し、その変化量が小さくなれば、第１および第２の光学素子８および９の端面間距離が狭くなっていると判定する。つまり、制御装置５は、上述した端面間距離の変化に対する光量変化量に基づいた端面間距離の推測によってアクティブアライメントを行うために、上記光量変化量の判定を行う。図７に示すように、上記ステップＳ５０では、上記極大値に相当する光量データのみを用いた光量変化量を用いて判定するため、第２の光学素子９を＋Ｚ方向に移動させた場合には、光量変化量は、Ｌｑ１→Ｌｑ２→Ｌｑ３→Ｌｑ４と変化し、Ｌｑ１＞Ｌｑ２＞Ｌｑ３＞Ｌｑ４となる。つまり、制御装置５は、上記光量変化量を検出することによって、第１および第２の光学素子８および９の端面間距離を正確に推定することができる。そして、制御装置５は、上記ステップＳ５０で光量変化量が所定値より大きい場合、まだ第１および第２の光学素子８および９の端面が接合する接合座標Ｚ０に到達していないと判断して、上記ステップＳ４６に戻って処理を繰り返す。一方、制御装置５は、上記ステップＳ５０で光量変化量が所定値以下の場合、第１および第２の光学素子８および９の端面が接合する接合座標Ｚ０直前に到達したと判断し、接合座標Ｚ０に第１および第２の光学素子８および９を調整して（ステップＳ５１）、次のステップＳ５２に処理を進める。
【００３５】
次に、ステップＳ５２では、制御装置５は、光量測定装置４および位置調整機構７を用いて、接合座標Ｚ０を固定しＸおよびＹ方向に対して、出射光Ｌｏｕｔの光量が最大となるポイントを検出し、その光量最大ポイントへ第２の光学素子９を移動させる（ステップＳ５２）。なお、このステップＳ５２で行われる詳細な処理動作は、上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様であるため、詳細な説明を省略する。そして、処理を次のステップＳ５３に進める。
【００３６】
ステップＳ５３以降に制御装置５が行う処理は、第２の光学素子９の光導波路９ａが、上記ステップＳ５１で検出した第１および第２の光学素子８および９の端面が接合する接合座標Ｚ０で光結合されるよりも、さらに大きな光量を第１の光学素子８から得られる位置を検索するためのものである。これは、上述した第１および第２の光学素子８および９の端面間で発生する反射光の干渉によって発生する、上記接合座標Ｚ０で端面結合するよりも高効率な光結合可能な最大極大値座標Ｚｐを検出するものである。なお、この最大極大値座標Ｚｐについての詳細な説明は、後述する。
【００３７】
ステップＳ５３において、制御装置５は、位置調整機構７を用いて第２の光学素子９を、第２の光学素子９を第１の光学素子８から遠ざけるように、上記結合座標Ｚ０から上記ステップＳ４６で用いた所定の移動微小距離ΔＺｍｉｎだけＺ方向に移動させる。以下、Ｚ方向に第２の光学素子９を第１の光学素子８から遠ざける方向を、−Ｚ方向と記載する。そして、処理を次のステップに進める。
【００３８】
次に、制御装置５は、光量測定装置４および位置調整機構７を用いて、現在のＺ座標を固定し上記ＸおよびＹ方向に対して、出射光Ｌｏｕｔの光量が最大となるポイントを検出し、その光量最大ポイントへ第２の光学素子９を移動させる（ステップＳ５４）。なお、このステップＳ５４で行われる詳細な処理動作は、上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００３９】
次に、制御装置５は、現在光量測定装置４が検出している出射光Ｌｏｕｔの光量が、端面間の反射光による干渉によって生じる光量の極大値か否かを判定する（ステップＳ５５）。このステップＳ５５における、制御装置５が行う光量極大値の判定動作は、上述したステップＳ４８と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４０】
次に、制御装置５は、上記ステップＳ５５で直前の光量データが極大値に相当しないと判断した場合、第２の光学素子９が上記最大極大値座標Ｚｐに到達していないと判断して、上記ステップＳ５３に戻って処理を繰り返す。一方、制御装置５は、上記ステップＳ５５で直前の光量データが極大値に相当すると判断した場合、上記接合座標Ｚ０から−Ｚ方向に最も近い極大値である最大極大値座標Ｚｐに第２の光学素子９が到達したと判断して、その最大極大値座標Ｚｐに第１および第２の光学素子８および９を調整する（ステップＳ５６）。そして、制御装置５は、光量測定装置４および位置調整機構７を用いて、最大極大値座標Ｚｐを固定しＸおよびＹ方向に対して、出射光Ｌｏｕｔの光量が最大となるポイントを検出し、その光量最大ポイントへ第２の光学素子９を移動し（ステップＳ５７）、当該サブルーチンによる処理を終了する。なお、このステップＳ５７で行われる詳細な処理動作は、上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４１】
なお、上述した光軸調整処理の動作では、第１および第２の光学素子８および９を互いの端面が接合する接合座標Ｚ０に調整した後、再度、逆の方向に極大値を検索して最大極大値座標Ｚｐに調整する方法を示したが、逆の方向に検索する動作を省略してもかまわない。制御装置５は、上記ステップＳ５０で判定した接合座標Ｚ０直前の極大値のＺ方向の座標を記憶することによって、接合座標Ｚ０へ調整後、上記記憶した接合座標Ｚ０直前の極大値のＺ方向の座標に自動的に調整することによって、上記逆方向の検索を省略できる。また、制御装置５は、上記ステップＳ５０で判定した接合座標Ｚ０直前の極大値のＺ方向の座標を、上記最大極大値座標Ｚｐであると判断することによって、接合座標Ｚ０に調整せずに最大極大値座標Ｚｐに調整してもかまわない。これらの方法は、位置調整に用いる各装置の精度を考慮して選択すればよい。
【００４２】
次に、上述した最大極大値座標Ｚｐについて説明する。一般的に、空間上の地点ａから地点ｂへ向かう平面波の波動Ｕは、
Ｕ＝Ａ・ｅｘｐ｛［ｉ（ｋ・ｒ＋φ−ωｔ）｝　…（１）
で表される。ここで、Ａは振幅、ｉは虚数単位、ｋは波数ベクトル、ｒはベクトルａｂ、φは初期位相、ωは角周波数、およびｔは時間を示している。この式（１）を第１および第２の光学素子８および９に適用すると、第１の光学素子８の出射端面を地点ａ、第２の光学素子９の入射端面を地点ｂと仮定して、第１の光学素子８から第２の光学素子９へ向かう光Ｌの波動Ｕ０は、
Ｕ０＝Ａ・ｅｘｐ｛ｉ（ｋ・ｎ・Ｄａｂ＋φ−ωｔ）｝
で表される。ここで、ｎは第１および第２の光学素子８および９の端面間の屈折率、およびＤａｂは第１および第２の光学素子８および９の端面間距離（地点ａ−ｂ間の距離）を示している。また、第１の光学素子８から出射され、第２の光学素子９の入射端面（地点ｂ）で反射し、さらに第１の光学素子８の出射端面（地点ａ）で反射して、第２の光学素子９へ向かう反射光の波動Ｕ１は、
【数１】
2004109256.tif 000003
で表される。ここで、Ｒａは第１の光学素子８の出射端面の反射率、Ｒｂは第２の光学素子９の入射端面の反射率、およびＤａｂａｂは地点ａ→ｂ→ａ→ｂ間の距離を示している。
【００４３】
ここで、第２の光学素子９の入射端面（地点ｂ）における波動の振幅は、重ね合わせの原理から波動Ｕ０＋Ｕ１で表され、地点ｂの光量Ｉｂは、
【数２】
2004109256.tif 000004
で表される。ここで、Ｉ０＝｜Ｕ０｜２、Ｉ１＝｜Ｕ１｜２である。上記式（２）は、光量Ｉｂの上述した端面間の反射光による干渉によって生じる光量の極大値も表しており、当該極大値は、
ｋ・ｎ・（Ｄａｂａｂ−Ｄａｂ）＝２ｍπ　（ｍは整数）　…（３）
のとき発生する。ここで、ｎ・（Ｄａｂａｂ−Ｄａｂ）は、光路長である。そして、Ｄａｂａｂ＝３・Ｄａｂであることから、上記式（３）は、
ｋ・ｎ・２・Ｄａｂ＝２ｍπ
となり、ｋ＝λ／２π　（λは光Ｌの波長）であることから、
ｎ・Ｄａｂ＝ｍ・λ／２　…（４）
で表される。この式（４）で示されるｎ・Ｄａｂは、地点ａおよびｂ間の光路長、つまり第１および第２の光学素子８および９の端面間の光路長を示している。したがって、第１および第２の光学素子８および９の端面間が空気の場合、当該端面間距離が半波長λ／２の整数倍毎に上記極大値が発生することがわかる。また、上述したように第１および第２の光学素子８および９の端面間に、予め屈折率整合した光学接着剤が塗布されている場合、その屈折率ｎに応じた光路長が半波長λ／２の整数倍毎に上記極大値が発生する。そして、上記極大値の内、第１および第２の光学素子８および９の端面間距離が最も短い所で発生するものが最大極大値となり、この位置が最大極大値座標Ｚｐとなる。
【００４４】
本発明の発明者は、上述の理論的に求めた最大極大値座標Ｚｐの存在を、実験によっても確認している。図９は、第１および第２の光学素子８および９を接合させた後、−Ｚ方向に徐々に移動させた時の光量変化を測定した実験の実測データである。
【００４５】
図９において、当該実験を行う条件として、第１の光学素子８の出射端面の反射率Ｒａ＝８．０％、第２の光学素子９の入射端面の反射率Ｒｂ＝２．６％、第１の光学素子８から出射される光Ｌの波長λ＝１および光量＝１する。図９は、この条件の下で、横軸を第１の光学素子８の出射端面から第２の光学素子９の入射端面までの距離、縦軸を第２の光学素子９から出射される出射光Ｌｏｕｔの光量で表したグラフである。図９に示すように、第１および第２の光学素子８および９の間の反射がない光量Ｉｃに比べて、上述した第１および第２の光学素子８および９の間の反射光の干渉が発生する光量Ｉｏｕｔは、約９％の光量変動が発生する。そして、第２の光学素子９の入射端面を第１の光学素子８の出射端面に対して最も近傍で発生する最大極大値では、第１および第２の光学素子８および９の端面を互いに接合して得られる光量（つまり、端面からの距離が０）より約９％大きな光量が得られる。つまり、上記条件の下では、第１および第２の光学素子８および９は、上記最大極大値座標Ｚｐで光結合し固定することによって、端面同士を接合する光結合より約９％高効率な光結合構造を有するユニットを実現することができる。
【００４６】
このように、本発明の一実施形態に係る光学素子調整方法では、第１および第２の光学素子８および９の端面における反射によって、反射がない状態の光量最大点として直接端面を接合することによって得られる光量よりも反射による変動分だけ多くの光量を得ることができる。つまり、第１および第２の光学素子８および９の当該端面を、互いに直接接合する位置の近傍に発生する光量極大値と一致するように光結合することによって、直接端面を結合させる構造より、高効率な光結合を行うことができる。そして、当該光学素子調整方法を用いて位置調整を行った後、第１および第２の光学素子８および９をその状態で固定することによって、高効率な光結合構造を有した光学ユニットを製造する光デバイス製造方法を実現することができる。また、第２の光学素子９を上記光量極大値へ移動させる際は、反射光の影響を受けた変動波形の極大値を検出することによって、２つの光学素子の端面間の距離変化に対する当該極大値に相当する光量変化量を用いて、当該端面間距離を推測する。したがって、２つの光学素子間隔を高精度に調整することができ、調整中の光学素子同士の接触も防止することができる。
【００４７】
なお、上述の一実施形態に係る光学素子調整方法の説明では、第２の光学素子９を移動させることにより第１の光学素子８に対する光軸位置調整を行ったが、第１の光学素子８を移動させて光軸位置調整を行ってもかまわない。また、第２の光学素子９の移動を制御するために制御装置５を使用したが、光量測定装置４に表示される光量の値をもとに手動の移動機構を使用して第２の光学素子９を移動させても良いことは言うまでもない。さらに、集光レンズ３と光量測定装置４との間にピンホール（図示せず）を設置し、光量測定装置４が当該ピンホールを通過した出射光Ｌｏｕｔのみを用いて光量を測定することによって、第２の光学素子９から出射される不要な出射光（例えば、迷光や広角な出射光）を削除することができ、検出光学系１の精度を向上することによって、さらに、当該光学素子調整方法の効果を向上させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、２つの光学素子の端面同士による反射がない状態の光量最大点として直接端面を接合することによって得られる光量よりも、反射による変動を利用して位置調整することによって光の利用効率を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学素子調整装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光デバイス製造方法の全体の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ３における光学素子調整方法の動作手順を示すサブルーチンである。
【図４】図３の動作で使用する第１および第２の光学素子８および９において光接続する端面間の座標を説明するための端面付近を拡大した側面概要図である。
【図５】図３のＸおよびＹ方向に対して、光量最大ポイントへ第２の光学素子９を移動させる処理手順を示すサブルーチンである。
【図６】図５の処理を説明するための第２の光学素子９の移動距離（横軸）と出射光Ｌｏｕｔの光量（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図７】図３の処理を説明するためのＺ座標（横軸）と上記干渉の影響を受けた出射光Ｌｏｕｔの光量（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図８】図７のグラフにおいて、上記干渉によって生じる光量の極大値部分を拡大したグラフである。
【図９】第１および第２の光学素子８および９を接合させた後、−Ｚ方向に徐々に移動させた時の光量変化を測定した実験の実測データである。
【図１０】従来のアクティブアライメントを行う光学素子調整装置の構成を説明するための概略図である。
【図１１】図１０の第１および第２の光学素子１０６および１０７が、互いの端面を直接接合し光接続された状態を説明するための概略図である。
【図１２】図１０の動作を説明するための端面間距離（横軸）と反射光の干渉の影響を受けた出射光Ｌｏｕｔの光量（縦軸）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…検出光学系
２…受光レンズ
３…集光レンズ
４…光量測定装置
５…制御装置
５１…光量制御部
５２…位置制御部
６…把持治具
７…位置調整機構
８…第１の光学素子
９…第２の光学素子
９ａ…光導波路
【図１】
2004109256.tif 000005
【図２】
2004109256.tif 000006
【図３】
2004109256.tif 000007
【図４】
2004109256.tif 000008
【図５】
2004109256.tif 000009
【図６】
2004109256.tif 000010
【図７】
2004109256.tif 000011
【図８】
2004109256.tif 000012
【図９】
2004109256.tif 000013
【図１０】
2004109256.tif 000014
【図１１】
2004109256.tif 000015
【図１２】
2004109256.tif 000016