(57)【要約】【課題】広範囲の物品を取り扱うことができ、容易かつ短時間で複数の物品の相対向する端面を互いに平行に位置決めすることができる端面位置決め方法、及び取扱い及びメンテナンスが容易で、低価格の端面位置決め装置を提供する。【解決手段】軸線に対して一定の傾斜角を有する端面が光を反射することのできる複数の物品の相対向する端面を互いに平行に位置決めするにあたって、複数の物品の各々を互いに平行に、または一直線上に位置決めし、複数の物品の各々を回転させながら、端面に一定の方向から光を照射して端面で反射された光を撮像し、最も光強度の高い位置で複数の物品の各々を位置決めする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に対して一定の傾斜角を有する端面が光を反射することのできる複数の物品の相対向する前記端面を互いに平行に位置決めする端面位置決め方法であって、
前記複数の物品の各々を互いに平行に、または一直線上に位置決めし、
前記複数の物品の各々を回転させながら、前記端面に一定の方向から光を照射して前記端面で反射された光を撮像し、最も光強度の高い位置で前記複数の物品の各々を位置決めすることを特徴とする端面位置決め方法。
【請求項２】
軸線に対して一定の傾斜角を有する端面が光を反射することのできる複数の物品の相対向する前記端面を互いに平行に位置決めする端面位置決め装置であって、
前記複数の物品の各々を互いに平行に、または一直線上に位置決めする位置決め手段と、
前記位置決めされた複数の物品の各々を回転する回転手段と、
前記複数の物品の各々を回転させながら、各々の物品の前記端面に一定の方向から光を照射する照明手段と、
前記複数の物品の前記端面で反射された光を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする端面位置決め装置。
【請求項３】
前記撮像手段及び前記照明手段は、一体的に動作することを特徴とする請求項２記載の端面位置決め装置。
【請求項４】
前記撮像手段を、前記複数の物品の各々の端面の光強度の測定位置と、該複数の物品の端面の接合状態を確認する外観確認位置との間を移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の端面位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、端面位置決め方法及び装置に関し、特に、円柱形のガラス部品や、端面が光沢を有し、光を反射することが可能な物品の端面を互いに平行に位置決めする方法及び該方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円柱形のガラス部品等の端面を接着するような場合には、接着強度を確保し、温度変化や計時変化等に関する製品の信頼性を維持、向上させるため、接着面の平行性を確保するとともに、接着材の厚み、すなわち、両接着面間の隙間を均一にすることが重要な要素の一つとなっている。
【０００３】
そのため、特開２００１−１０８８６３号公報に記載の技術では、ＣＣＤカメラで撮像した各々の部品の接合面の測定点の画像データと、撮像対象に焦点が合う合焦距離とに基づいて接合面の３次元位置データを算出し、この３次元位置データに基づいて対向する接合面の傾き及び光結合位置を算出し、この算出データに基づいて部品保持部を搭載する移動ステージを駆動し、対向する接合面に傾きと光結合位置とを合致させて二つの光モジュール部品を接合する。
【０００４】
一方、特開昭５８−２１４１１８号公報に記載の光ファイバの融着接続装置は、互いに接続すべき少なくとも一対の光ファイバの端面を突き合わせ、両端面を相互に融着して接続部を形成する光ファイバの融着接続装置において、光ファイバの両端面の間にミラーを挿入可能に装備し、光ファイバの軸合わせを行うための移動機構を装備している。
【０００５】
また、実用新案登録第２５０８１５６号として、光部品と光ファイバとを互いに相対的に移動させる手段と、顕微鏡、ビデオカメラ、モニタ、及び光ファイバの端面を結像させる反射鏡等を備えた光部品用調芯装置が登録されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開２００１−１０８８６３号公報に記載の技術では、物品の相対向する面の状態を測定し、３次元での面の状態を確認した後、互いの面を平行にするため、画像処理部や演算処理部を必要とし、装置の価格が高くなるという問題点がある。また、装置の制御が複雑になり、取り扱い方法やメンテナンスが作業者にとって難しくなるという問題点がある。さらに、演算機能や画像処理機能を備えるため、処理速度が遅くなり、面合わせに長時間を要するという問題がある。
【０００７】
また、上記公報に記載の端面位置決め方法は、ファイバーアレイのような立方体のように、各コーナのエッジが明瞭であって画像の認識が容易な物品の面合わせには適しているが、ガラスのキャピラリとレンズ等の接合については、物品の形状が円柱形であるため、測定のポイントであるエッジを認識するのが容易ではなく、３次元の位置データを測定することができないおそれがあり、面合わせの対象となる物品の形状が限定されるという問題がある。
【０００８】
また、測定ポイントを正確に求めるためには、画像処理において拡大率を上げる必要があるが、拡大率を上げると、物品の位置合わせ、物品の取付け等を正確に行わなければ画像処理の範囲から外れる可能性があり、物品の位置合わせ等を高精度に行わなければならないという問題があった。この方法を製造ラインで実施するような場合には、作業者の習熟度が要求され、作業者の教育に多大な時間を費やすことになるという問題も発生する。
【０００９】
一方、特開昭５８−２１４１１８号公報に記載の光ファイバの融着接続装置は、光ファイバのコアとクラッドの反射光量の違いに基づいて端面の状態を検知し、少なくとも一対の光ファイバの端面を突き合わせて融着するものであって、両端面を互いに平行に位置決めする方法または装置を提供するものではない。
【００１０】
また、実用新案登録第２５０８１５６号にかかる光部品用調芯装置は、光部品と光ファイバの光軸の調芯を行うことを目的とするものであって、光部品と光ファイバの両端面を互いに平行に位置決めする方法または装置を提供するものではない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、広範囲の物品を取り扱うことができ、容易かつ短時間で複数の物品の相対向する端面を互いに平行に位置決めすることができる端面位置決め方法、並びに、この方法を実施することができ、取扱い及びメンテナンスが容易で、低価格の端面位置決め装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、軸線に対して一定の傾斜角を有する端面が光を反射することのできる複数の物品の相対向する前記端面を互いに平行に位置決めする端面位置決め方法であって、前記複数の物品の各々を互いに平行に、または一直線上に位置決めし、前記複数の物品の各々を回転させながら、前記端面に一定の方向から光を照射して前記端面で反射された光を撮像し、最も光強度の高い位置で前記複数の物品の各々を位置決めすることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、軸線に対して一定の傾斜角を有する端面が光を反射することのできる複数の物品の相対向する前記端面を互いに平行に位置決めする端面位置決め装置であって、前記複数の物品の各々を互いに平行に、または一直線上に位置決めする位置決め手段と、前記位置決めされた複数の物品の各々を回転する回転手段と、前記複数の物品の各々を回転させながら、各々の物品の前記端面に一定の方向から光を照射する照明手段と、前記複数の物品の前記端面で反射された光を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
そして、本発明によれば、互いに平行に、または一直線上に位置決めした各々の物品を回転させながら、端面に一定の方向から光を照射して最も光強度の高い位置で位置決めすることによって、複数の物品の相対向する端面を互いに平行に位置決めすることができるため、広範囲の物品を取り扱うことができ、容易かつ短時間で複数の物品の相対向する端面を互いに平行に位置決めすることができる。また、装置の構成が簡単であるため、取扱い及びメンテナンスが容易で、低価格の端面位置決め装置を提供することができる。尚、本発明によれば、２部品間の端面の位置決めだけではなく、３部品以上の端面の位置決めを行うことができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の端面位置決め装置において、前記撮像手段及び前記照明手段は、一体的に動作することを特徴とする。これによって、複数の物品の各々の端面に容易に一定方向から光を照射することができ、より取扱いが容易な端面位置決め装置を提供することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の端面位置決め装置において、前記撮像手段を、前記複数の物品の各々の端面の光強度の測定位置と、該複数の物品の端面の接合状態を確認する外観確認位置との間を移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。これによって、端面の光強度の測定と、端面の接合状態の確認とを１つの撮像手段によって行うことができるとともに、オートフォーカス機能を備えたＣＣＤカメラ等を使用する必要もない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる端面位置決め方法及び装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、本発明を光部品の接合に使用する場合を例にとって説明する。
【００１８】
図１は、本発明の適用対象となる物品の一例を示し、この物品１は、光通信に用いられる光学部品であって、円柱形または直方体状に形成され、端面１ａの傾斜角がθ１となるように研磨されている。尚、端面１ａを研磨しているのは、この面における光の反射を防ぐためである。尚、同図は、物品の取り付け、設置状態を作業者側から見た正面図である。そして、本発明は、このような物品の接合時の光軸調芯時等に使用され、光の通過ロスが最小限になるように両物品間を接合する。
【００１９】
本発明にかかる端面位置決め装置は、図２に示すように、各々軸線に対して研磨した傾斜角θ２の端面２ａ、３ａを有する物品２、３の両端面２ａ、３ａを互いに平行に位置決めするために使用するものであって、物品２の端面２ａの反射を確認するためのミラー６と、物品３の端面３ａの反射を確認するためのミラー７と、両ミラー６、７の反射光を認識するＣＣＤカメラ５と、両物品２、３の端面２ａ、３ａに反射光を与えるリング照明４と、物品２を矢印Ａ方向に回転させる図示しない回転手段と、物品３を矢印Ｂ方向に回転させる図示しない回転手段と、物品３を水平軸１８に沿って移動させる図示しない水平方向移動手段とを備える。
【００２０】
ＣＣＤカメラ５は、オートフォーカス機構を備えない単純な機構のカメラであある。このＣＣＤカメラ５とリング照明４とは、一体となって上下移動距離Ｌだけ移動することができ、外観確認位置９に対して平行の位置にある端面確認位置１０との間を移動することができる。
【００２１】
図３は、両物品２、３の端面２ａ、３ａ（図２参照）が接合された状態を示し、最終的にこのような状態で両物品２、３が接合される。この時、面合わせ位置８において、物品２及び物品３の互いの接合面が平行で、全面にわたって均一に接合されていることが重要である。
【００２２】
次に、上記構成を有する端面位置決め装置の動作について図２を参照しながら説明する。
【００２３】
物品２は、傾斜角θ２の図示しない物品クランプ部に面合わせ位置８を基準にクランプされている。このとき、物品２の矢印Ａ方向への回転角度は、任意であり、端面傾斜の向きが一定でない状態でクランプされる。この時、ＣＣＤカメラ５は、傾斜角θ２に対して直角の位置にある外観確認位置９にあり、物品２の取り付け時の外観（端面２ａの状態）を上部より確認する。
【００２４】
次に、物品３を、物品２と同様に、傾斜角θ２だけ傾斜した図示しない物品クランプ部に面合わせ位置を基準にしてクランプする。尚、物品３は、水平方向移動手段によって水平軸１８上を一定の間隔で移動することができる。
【００２５】
次に、前後に平行に移動可能なステージ上に搭載されたミラー６及びミラー７を、端面確認位置１０の認識軸上で物品２と物品３の中間点に挿入する。ミラー６及びミラー７を、各々所定の角度に設定する。ミラー６は、ＣＣＤの傾斜角θ３の１／２の角度でミラー傾斜角θ４で取り付ける。ミラー７は、ＣＣＤカメラ傾斜角θ５の１／２のミラー傾斜角θ６で取り付ける。所定の角度で取り付けられたミラー６は、物品２の端面２ａの反射状態を映し、ミラー７は、物品３の端面３ａの反射状態を映す。
【００２６】
上記条件に位置決めされたＣＣＤカメラ５とミラー６、７によって両物品２、３の端面２ａ、３ａの反射状態を確認する。この確認は、物品２を矢印Ａ方向に回転させるととともに、物品３を矢印Ｂ方向に回転させながら行う。図４に示すように、物品２の端面２ａを確認するには、ミラー６に反射した端面２ａを矢印Ａ方向に回転させて光の反射強度が強い位置に調整する。また、図５に示すように、物品３の端面３ａを確認するには、ミラー７に反射した端面３ａを矢印Ｂ方向に回転させて光の反射強度が強い位置に調整する。両端面２ａ、３ａにおける光の入射角と反射角は等しいため、両物品２、３を反射強度の強い面に合わせることにより、両端面２ａ、３ａが平行となる。
【００２７】
次に、本発明にかかる端面位置決め装置の第２実施例について、図６を参照しながら説明する。尚、上記実施例においては、２つの物品２、３間の端面２ａ、３ａの位置決めに本発明を適用した場合について説明したが、本実施例においては、３部品２０、２１、２２間の端面の位置決めを行う場合について説明する。また、上記実施例においては、物品２、３の軸線が水平軸１８に対して傾斜している場合について説明したが、本実施例においては、各々の物品の軸線が水平軸３９に対して傾斜していない場合、すなわち水平軸３９に平行または一直線上にある場合について説明する。
【００２８】
光学素子２２は、水平軸３９と平行に、前後方向に移動可能な図示しないステージ上に固定されている。この光学素子２２の両端面２２ａ、２２ｂは、研磨され、逆ハの字の形状となっている。本実施例では、この光学素子２２の両端面２２ａ、２２ｂと同一の傾斜角を有するとともに、研磨された入力部品２０の端面２０ａと、出力部品２１の端面２１ａとを、光学素子２２の両端面２２ａ、２２ｂの各々に対して互いに平行に位置決めする。
【００２９】
入力部品２０は、上下、前後、左右の各方向に移動可能で、前後軸回り及び上下軸回りに回転可能な図示しないステージ上に固定され、光学素子２２とは一定間隔を開けて配置される。入力部品２０と光学素子２２との間の中心に、認識軸２７が位置し、この認識軸２７上にＣＣＤカメラ３８及びリング照明３７が配置されている。また、入力部品２０の端面２０ａの反射を認識するミラー２３が配置されている。
【００３０】
ここで、ミラー２３の傾斜角θ７は、
ミラー２３傾斜角θ７＝θ８＋研磨面直角軸３５角度θ９
θ１０＝認識軸２７角度（９０°）−θ９
θ８＝θ１０÷２
となるように設定される。
【００３１】
また、同様の位置に光学素子２２の端面２２ａの反射を認識するミラー２４が配置されている。
【００３２】
ここで、ミラー２４の傾斜角θ１３は、
ミラー２４傾斜角θ１３＝認識軸２７角度（９０°）角度＋θ１１
θ１２＝認識軸２７角度（９０°）＋θ９
θ１１＝θ１２÷２
となるように設定される。
【００３３】
ミラー２３、２４は、前後方向に移動することができるとともに、調芯・接合時には、図６の紙面の手前に逃げることができる。
【００３４】
出力部品２１は、上下、前後、左右の各方向に移動可能で、前後軸回り及び上下軸回りに回転可能な図示しないステージ上に固定され、光学素子２２とは一定間隔を開けて配置される。出力部品２１と光学素子２２との間の中心に、認識軸３０が位置し、この認識軸３０上にＣＣＤカメラ３８及びリング照明３７を移動させることができる。また、出力部品２１の端面２１ａの反射を認識するミラー２６と、同様の位置に、光学素子２２の端面２２ｂの反射を認識するミラー２５が配置されている。ミラー２５、２６の傾斜角は、上記ミラー２３、２４と同様の要領で設定することができ、両ミラー２５、２６は、前後方向に移動することができるとともに、調芯・接合時には、図６の紙面の手前に逃げることができる。
【００３５】
次に、上記構成を有する端面位置決め装置の動作について説明する。
【００３６】
まず、入力部品２０と光学素子２２の間にミラー２４を挿入し、光学素子２２の端面２２ａの面位置を確認する。光学素子２２を前後方向に移動させるとともに、軸線回りに回転させてミラー２４に反射する光強度を確認しながら調整する。そして、端面２２ａの反射光の強度が最大となる位置に光学素子２２を固定する。
【００３７】
次に、入力部品２０と光学素子２２の間にミラー２３を挿入し、入力部品２０の端面２０ａの反射光強度を確認する。このとき、入力部品２０を、前後及び上下方向に移動させるとともに、軸線回りに回転させて反射光強度の最大の位置に位置決めを行う。
【００３８】
次に、ＣＣＤカメラ３８及びリング照明３７を外観確認位置２８に斜め上方に移動する。これは、焦点距離を合わせるため、ＣＣＤカメラ３８から物品２０、２２までの距離と、ＣＣＤカメラ３８から物品２０、２２の端面２０ａ、２２ａの距離でミラー２３を介した距離と等しくするためである。
【００３９】
ミラー２３、２４を手前に移動し、入力部品２０が光学素子２２側へ移動したときに衝突しない位置に位置決めする。その後、端面２０ａに光学部品と同様の屈折率を持つ接着剤を塗布し、入力部品２０を移動させて光学素子２２と接触しない間隔を持った位置に位置決めする。次に、ＣＣＤカメラ３８によって入力部品２０及び光学素子２２の関係を確認し、光の通過ロスが最小となる位置に光軸調芯を実施する。
【００４０】
次に、ＣＣＤカメラ３８及びリング照明３７は、認識軸３０の位置に下方へ移動する。認識軸３０は、光学素子２２と出力部品２１の中間位置にある。また、ミラー２５、２６は、入力部品２０の面合せの場合と同様に、認識軸３０上に位置させる。
【００４１】
ミラー２５は、光学素子２２の端面２２ｂを認識するために使用するが、入力部品２０の面合せ時に既に光学素子２２の位置を決定しているため、端面２２ｂの確認に使用する。
【００４２】
次に、ミラー２６によって出力部品２１の端面２１ａを認識、調整する。出力部品２１を、前後及び上下方向に移動させるとともに、軸線回りに回転させて反射光強度の最大の位置に位置決めを行う。
【００４３】
次に、ＣＣＤカメラ３８及びリング照明３７を外観確認位置２９に移動し、ミラー２５、２６を手前に移動し、出力部品２１が光学素子２２側へ移動したときに衝突しない位置に位置決めする。その後、端面２１ａに光学部品２２と同様の屈折率を持つ接着剤を塗布し、出力部品２１を移動して、光学素子２２と接触しない間隔を持った位置に位置決めする。次に、ＣＣＤカメラ３８によって出力部品２１及び光学素子２２の関係を確認し、光の通過ロスが最小となる位置に光軸調芯を実施し、接着剤を硬化させることにより各々の部品２０、２１、２２を接着固定する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広範囲の物品を取り扱うことができ、容易かつ短時間で複数の物品の相対向する端面を互いに平行に位置決めすることができる端面位置決め方法を提供することができる。また、本発明は、上記方法を実施することができ、取扱い及びメンテナンスが容易で、低価格の端面位置決め装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる端面位置決め方法及び装置の対象となる物品の一例を示す正面図である。
【図２】本発明にかかる端面位置決め方法及び装置の対象となる物品の面を合わせた状態を示す概略図である。
【図３】本発明の対象となる物品のミラー像の取込み位置を示す概略図である。
【図４】本発明の対象となる物品の反射確認位置示す概略図である。
【図５】本発明の対象となる物品の反射確認位置示す概略図である。
【図６】本発明にかかる端面位置決め方法及び装置の第２の実施例を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１　　　（端面位置決め対象）物品
１ａ　　端面
２　　　　物品
２ａ　　　端面
３　　　　　物品
３ａ　　　端面
４　　　　　リング照明
５　　　　　ＣＣＤカメラ
６　　　　　ミラー
７　　　　　ミラー
８　　　　　面合せ位置
９　　　　　外観確認位置
１０　　　端面確認位置
１８　　　水平軸
２０　　　入力部品
２０ａ　端面
２１　　　出力部品
２１ａ　端面
２２　　　光学素子
２２ａ　端面
２２ｂ　端面
２３　　　ミラー
２４　　　ミラー
２５　　　ミラー
２６　　　ミラー
２７　　　認識軸
２８　　　外観確認位置
２９　　　外観確認位置
３０　　　認識軸
３５　　　研磨面直角軸
３７　　　リング照明
３８　　　ＣＣＤカメラ
３９　　　水平軸
θ１　　　　端面傾斜角
θ２　　　　傾斜角
θ３　　　　ＣＣＤカメラ傾斜角
θ４　　　　ミラー傾斜角
θ５　　　　ＣＣＤカメラ傾斜角
θ６　　　　ミラー傾斜角
θ７　　　　ミラー傾斜角
θ８　　　　角度
θ９　　　　研磨面直角軸角度
θ１０　　　角度
θ１１　　　角度
θ１２　　　角度
θ１３　　　ミラー傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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