(57)【要約】【課題】光伝送モジュールにおける各素子のコア位置の認識を短時間で高精度に実施し得る素子接続装置を提供する。【解決手段】ＰＬＣチップのコア認識を行う際に、その出力側端面から平行光を入射し、当該平行光によって得られる入力側端面の画像からコア位置を認識する。また、入力側端面から平行光を入射して、得られる出力側端面の画像からコア位置を認識する。【選択図】  図３
2005024579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側光ファイバアレイ、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光伝送素子、および出力側光ファイバアレイ各々のコアの調芯操作を行い且つ各々のコアを接続する光伝送モジュールの接続方法であって、
前記光伝送素子の出力側端面に対して略平行光を入射させ、入力側端面を撮像して前記入力側端面におけるコアの位置を認識する工程と、
前記光伝送素子の前記入力側端面に対して略平行光を入射させ、前記出力側端面を撮像して前記出力側端面におけるコアの位置を認識する工程と、
前記入力側ファイバアレイおよび出力側ファイバアレイにおける各々の接続部でのコアの位置を認識する工程と、
前記入力側ファイバアレイの接続部におけるコアと前記光伝送素子の入力側端面におけるコアと、および光伝送素子の出力側端面におけるコアと前記出力側ファイバアレイの接続部におけるコアとを各々位置決めする工程とを含むことを特徴とする光伝送モジュールの接続方法。
【請求項２】
前記略平行光を前記光伝送素子の前記入力側端面および前記出力側端面入射させる際の入射角度は、前記光伝送素子内部に導かれた前記略平行光が、前記下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の間の少なくともいずれかの間の界面において全反射する角度であることを特徴とする請求項１記載の光伝送モジュールの接続方法。
【請求項３】
前記光伝送素子における前記入力側端面および前記出力側端面を撮像する際において、当該撮像に用いられるカメラは、前記入力側端面および前記出力側端面に対して所定角度傾いてこれら端面を撮像することを特徴とする請求項１記載の光伝送モジュールの接続方法
【請求項４】
前記入力側ファイバアレイおよび出力側ファイバアレイにおける各々の接続部でのコアの位置を認識する工程において、前記接続部とは異なる端部より光りを導入し、前記接続部において観察される光象において最も明るい部分を前記コアの中心として認識する操作がなされることを特徴とする請求項１記載の光伝送モジュールの接続方法。
【請求項５】
入力側光ファイバアレイ、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光伝送素子、および出力側光ファイバアレイ各々のコアの調芯操作を行い且つ各々のコアを接続する光伝送モジュールの接続装置であって、
前記光伝送素子を支持するチップ支持テーブルと、
前記入力側ファイバアレイを支持する入力側アレイ支持テーブルと、
前記出力側ファイバアレイを支持する出力側アレイ支持テーブルと、
前記光伝送素子における出力側端面から前記光伝送素子内部に略平行光を入射させる第一の光源と、
前記第一の光源から発せられた前記略平行光によって示された前記光伝送素子における入力側端面を撮影する第一のカメラと、
前記光伝送素子における前記入力側端面から前記光伝送素子内部に略平行光を入射させる第二の光源と、
前記第二の光源から発せられた前記略平行光によって示された前記光伝送素子における前記出力側端面を撮影する第二のカメラと、
前記入力側ファイバアレイの端面を撮影する第三のカメラと、
前記出力側ファイバアレイの端面を撮影する第四のカメラと、
前記第一乃至第四のカメラの撮影結果に基づいて前記入力側アレイ支持テーブル、前記チップ支持テーブルおよび前記出力側アレイ支持テーブル各々を駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする光伝送モジュールの接続装置。
【請求項６】
前記第一の光源は、前記光伝送素子の内部において、前記下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において前記略平行光が全反射する角度で、前記出力側端面から前記光伝送素子内部に略平行光を入射させ、
前記第二の光源は、前記光伝送素子の内部において、前記下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において前記略平行光が全反射する角度で、前記入力側端面から前記光伝送素子内部に略平行光を入射させることを特徴とする請求項５記載の光伝送モジュールの接続装置。
【請求項７】
前記第一のカメラは前記光伝送素子における前記入力側端面に対し所定角度傾けて配置されており、前記第二のカメラは前記光伝送素子における前記出力側端面に対し所定角度傾けて配置されていることを特徴とする請求項５記載の光伝送モジュールの接続装置。
【請求項８】
前記第三のカメラは、前記入力側ファイバアレイにおける接続部でのコアの位置を認識する工程において、前記接続部とは異なる端部より光りを導入し、前記接続部において観察される光象において最も明るい部分を前記コアの中心として認識し、
前記第四のカメラは、前記出力側ファイバアレイにおける接続部でのコアの位置を認識する工程において、前記接続部とは異なる端部より光りを導入し、前記接続部において観察される光象において最も明るい部分を前記コアの中心として認識することを特徴とする請求項５記載の光伝送モジュールの接続装置。
【請求項９】
内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光導波路において前記コアの位置を認識する方法であって、
前記光導波路内部において、前記下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において全反射をする条件にて、略平行光を前記光導波路の出力側端部より入射させる工程と
前記略平行光によって示される前記光導波路の入力側端部におけるコアを第一のカメラにて撮影してその位置を認識する工程と、
前記光導波路内部において、前記下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において全反射をする条件にて、略平行光を前記光導波路の前記入力側端部より入射させる工程と、
前記略平行光によって示される前記光導波路の前記出力側端部におけるコアを第二のカメラにて撮影してその位置を認識する工程とを含むことを特徴とする光導波路のコア位置認識方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、光導波路および光ファイバーに関する。より詳細には、光導波路および光ファイバーにおける各々のコアを接続するために各コアの位置を正確に認識する方法、および当該方法によって検出した各々のコアの位置合わせを行い、且つこれらを接続する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
【特許文献１】特開２００２−３５０６６７号公報
【特許文献２】特開２００３−１２１６８６号公報
【特許文献３】特開２０００−１８７１３１号公報
【特許文献４】特許第３１１２１５５号公報
【特許文献５】特開平１１−１０９１７６号公報
【特許文献６】特開平５−３１３０７５号公報
【０００３】
光通信システムの実用化が進められるに伴い、光通信用の光学部品の高性能化が求められると共に、当該システム構築に要するコストの低減も強く求められている。当該システムにおいて用いられる代表的な光学部品として、光導波路（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：  以下ＰＬＣ）チップがある。ＰＬＣチップは、基板上に種々の機能を有した光回路を形成することによって得られ、例えば単一の光信号を受けてこれを複数の光信号に分割するスプリッタに用いられている。すなわち、ＰＬＣチップは、入力側の光ファイバおよび出力側の光ファイバと接続されることでスプリッタを構成することとなる。
【０００４】
このＰＬＣチップと光ファイバとの接続時においては、接続状態に起因する伝達損失を可能な限り低減する必要がある。具体的には、光ファイバにおける光伝達部（以下コア）と、ＰＬＣチップにおける光伝達部（以下コア）とにおける各々の光軸を一致させることが必要となる。従来の接続工程においては、ＰＬＣチップと入力側の光ファイバとを略接合した状態にて、実際に入力側の光ファイバからＰＬＣチップに対して光信号を入力し、ＰＬＣチップから出力される光出力が最大となった状態で入力側の光ファイバとＰＬＣチップとの接続が行われる。この接続工程が終了した後、ＰＬＣチップと出力側光ファイバとを略接合し、この状態にて出力側光ファイバにおける出力端から得られる出力光の出力を再度測定し、光出力が最大となった状態でＰＬＣチップと出力側光ファイバとの接続が行われる。
【０００５】
しかしながら、光ファイバにおけるコアの径およびＰＬＣチップにおけるコアの径は各々１０μｍ以下であり、上述の方法によってこれらの位置合わせ、接続等を行った場合、その工程を行うために数十秒を超える多大な時間が必要となる。
このため、当該工程に費やす時間を短縮するために、
【特許文献３】〜
【特許文献６】に示されるような種々の構成が開示されている。これら構成においては、例えば、光ファイバおよびＰＬＣチップの外径から概略の位置合わせを行った後に上述の位置合わせを行うことで作業時間の短縮を図る、あるいは光センサの構成を変えて出力光が最大となる位置をより効率的に求めることで作業時間の短縮を図ることとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術におけるいくつかは、光センサによって行われる位置合わせの効率化を図ることを可能とする。しかし、光センサを用いるために、例えば入力側光ファイバの出力端部とＰＬＣチップの入力端部とが光信号を伝送可能な状態を得るまでに、多大な時間を要することにおいては他の技術と特に異なる点は見られなかった。そのため、これら技術においては、実質的な工程時間を大幅に短縮する効果は得られなかった。そこで、光ファイバあるいはＰＬＣチップにおけるコアの位置を画像によって把握することで上述の伝送可能な状態を得る方法が
【特許文献１】あるいは
【特許文献２】において提案されている。
【０００７】
【特許文献１】においては、入力側光ファイバの出力端部、ＰＬＣチップにおける入力端部、ＰＬＣチップにおける出力端部および出力側光ファイバにおける入力端部各々に対向する位置にカメラを配置し、これらカメラによって各端部を撮像してこれら端部における各コアの位置を把握することとしている。また、この撮像処理を容易なものとするために、光ファイバにおけるコアを撮像する場合には被撮影端部と異なる端部に光信号を入力すること、およびＰＬＣチップの場合には被撮影端部とは異なる端部から照明光を導入することが開示されている。
【０００８】
しかしながら、ＰＬＣチップにおけるコアの屈折率は、通常コアとクラッド（オーバクラッドおよびベースクラッドとを含む）が形成される基板との屈折率に対して１％以下の違いしか有していない。すなわち、基板自体も光透過性であり、カメラを用いて単にその端部を撮影しただけでは、コア形状を明瞭に得ることは非常に困難と思われる。また、屈折率の差がほとんどない光透過性の物質に対してカメラと逆方向から単に光を当てたとしても、屈折率の相違する物質の境界を明瞭かし得るとは考えにくい。また、光ファイバの接続端部は、通常はいわゆるクラッド構造等からなる接続端子が配置されている。当該構造は、ＰＬＣチップにおける入力側光ファイバの接続部分と略同一となっている場合が多い。この場合、当該端部においても、単純に透過光を導くのみではコア形状を明瞭に得ることは困難と思われる。
【０００９】
【特許文献２】においては、単純に光を当ててコア形状を得ることが困難であるという事実を踏まえて、如何にすればこれを得ることができるかを開示している。すなわち、光ファイバの端面等に偏光を当て、この反射光を偏光顕微鏡によって見ることによってコア形状の視認化を可能としている。しかしながら、このような構成においては偏光顕微鏡等が必須の構成となり、ＰＬＣチップと光ファイバとの接続を自動的に行う装置を構築した場合に、装置の大型化、高価格化は避けられない。また、当該文献に開示される構成とした場合には、装置における光ファイバの固定ステージ、チップの固定ステージ等に対して各々Ｘ、Ｙ、Ｚ、θの駆動を可能とする必要がある。このように駆動部が多く且つ常時これら駆動を行う必要がある構成の場合、駆動部の停止誤差に起因して光ファイバとＰＬＣチップを実際に接続する工程において位置ずれが生じる恐れもある。
【００１０】
本発明は、上記従来技術における諸要請に鑑みて為されたものであり、ＰＬＣチップ等のコアの形状あるいはその配置等を容易に確認する方法を提供し、当該方法を用いることによって、容易、確実且つ迅速に光ファイバとＰＬＣチップとの接続を行う方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る光伝送モジュールの接続方法は、入力側光ファイバアレイ、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板のうち何れかを含む光伝送素子、および出力側光ファイバアレイ各々のコアの調芯操作を行い且つ各々のコアを接続する光伝送モジュールの接続方法であって、光伝送素子の出力側端面に対して略平行光を入射させ、入力側端面を撮像して入力側端面におけるコアの位置を認識する工程と、光伝送素子の入力側端面に対して略平行光を入射させ、出力側端面を撮像して出力側端面におけるコアの位置を認識する工程と、入力側ファイバアレイおよび出力側ファイバアレイにおける各々の接続部でのコアの位置を認識する工程と、入力側ファイバアレイの接続部におけるコアと光伝送素子の入力側端面におけるコアと、および光伝送素子の出力側端面におけるコアと出力側ファイバアレイの接続部におけるコアとを各々位置決めする工程とを含むことを特徴としている。
【００１２】
なお、上述の方法においては、略平行光を光伝送素子の入力側端面および出力側端面入射させる際の入射角度は、光伝送素子内部に導かれた略平行光が、下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の間の少なくともいずれかの間の界面において全反射する角度であることが好ましい。また、上述の方法においては、光伝送素子における入力側端面および出力側端面を撮像する際において、当該撮像に用いられるカメラは、入力側端面および出力側端面に対して所定角度傾いてこれら端面を撮像することが好ましい。更に、上述の方法においては、入力側ファイバアレイおよび出力側ファイバアレイにおける各々の接続部でのコアの位置を認識する工程において、接続部とは異なる端部より光りを導入し、接続部において観察される光象において最も明るい部分を前記コアの中心として認識する操作がなされることが好ましい。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る光伝送モジュールの接続装置は、入力側光ファイバアレイ、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光伝送素子、および出力側光ファイバアレイ各々のコアの調芯操作を行い且つ各々のコアを接続する光伝送モジュールの接続装置であって、光伝送素子を支持するチップ支持テーブルと、入力側ファイバアレイを支持する入力側アレイ支持テーブルと、出力側ファイバアレイを支持する出力側アレイ支持テーブルと、光伝送素子における出力側端面から光伝送素子内部に略平行光を入射させる第一の光源と、第一の光源から発せられた略平行光によって示された光伝送素子における入力側端面を撮影する第一のカメラと、光伝送素子における入力側端面から光伝送素子内部に略平行光を入射させる第二の光源と、第二の光源から発せられた略平行光によって示された光伝送素子における出力側端面を撮影する第二のカメラと、入力側ファイバアレイの端面を撮影する第三のカメラと、出力側ファイバアレイの端面を撮影する第四のカメラと、第一乃至第四のカメラの撮影結果に基づいて入力側アレイ支持テーブル、チップ支持テーブルおよび前記出力側アレイ支持テーブル各々を駆動する駆動手段と、を有することを特徴としている。
【００１４】
なお、上述の装置においては、第一の光源は、光伝送素子の内部において、下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において略平行光が全反射する角度で、出力側端面から光伝送素子内部に略平行光を入射させ、第二の光源は、光伝送素子の内部において、下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において略平行光が全反射する角度で、入力側端面から光伝送素子内部に略平行光を入射させることが好ましい。また、上述の装置においては、第一のカメラは光伝送素子における入力側端面に対し所定角度傾けて配置されており、第二のカメラは光伝送素子における出力側端面に対し所定角度傾けて配置されていることが好ましい。更に、上述の装置においては、第三のカメラは、入力側ファイバアレイにおける接続部でのコアの位置を認識する工程において、接続部とは異なる端部より光りを導入し、接続部において観察される光象において最も明るい部分をコアの中心として認識し、第四のカメラは、出力側ファイバアレイにおける接続部でのコアの位置を認識する工程において、接続部とは異なる端部より光りを導入し、接続部において観察される光象において最も明るい部分をコアの中心として認識することが好ましい。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る光導波路におけるコア位置検出方法は、内部に下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板の内何れかを含む光導波路においてコアの位置を認識する方法であって、光導波路内部において、下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において全反射をする条件にて、略平行光を光導波路の出力側端部より入射させる工程と、略平行光によって示される光導波路の入力側端部におけるコアを第一のカメラにて撮影してその位置を認識する工程と、光導波路内部において、下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面において全反射をする条件にて、略平行光を光導波路の入力側端部より入射させる工程と、略平行光によって示される光導波路の出力側端部におけるコアを第二のカメラにて撮影してその位置を認識する工程とを含むことを特徴としている。
【００１６】
なお、上述の方法においては、全反射をする条件は、下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面に対して、±５°の範囲で略平行光が入射する角度であることが好ましい。また、上述の方法においては、第一および第二のカメラは、光導波路内部に入射された略平行光が下部基板、コア、クラッド、接着剤層および上部基板各々の少なくともいずれかの間の界面に対して平行に進むような略平行光の入射角度に対して±１０°の範囲で傾けて配置されることが好ましい。
【００１７】
【実施の形態】
本発明において、そのコア形状を撮影しようとするＰＬＣチップについて、入出力用の光ファイバが接続される端面における概略構成を図１Ａに、当該チップをその長さ方向に切断した断面における概略構成を図１Ｂにそれぞれ示す。また、入出力用の光ファイバについて、ＰＬＣチップと接続される端部を正面から見た状態の概略構成を図２Ａに、当該接続端部を長さ方向に切断した断面における概略構成を図２Ｂにそれぞれ示す。本実施の形態において用いたＰＬＣチップ１は、下部基板２と、下部基板２の上に位置するベースクラッド４ｂと、ベースクラッド４ｂ上に形成された光導波路として作用するＰＬＣコア３と、光導波路３を覆うように成形されたオーバークラッド４ａと、最上層に配置される上部基板５と、オーバークラッド４ａと上部基板５とを接合する接着剤層４ｃとから構成される。また、ＰＬＣチップ１の端面１ａは、コア３の形成平面３ａと垂直な平面に対して、角度θを有するように傾斜して設けられている。
【００１８】
光ファイバ６は、光導波路であるファイバコア７と、その周囲に配置されるクラッド材８と被覆１０とにより構成されている。しかしながら、当該形状のままの端面ではＰＬＣチップ等との接続が困難であることから、通常はその端部に接続部材９が取り付けられている。接続部材９は、ＰＬＣチップ１と略同様の構成である下部基板１１、ファイバコア７、接着剤層１３および上部基板１４とから構成されている。下部基板１１には光導波路の経路に応じた溝１１ａが形成されており、当該溝１１ａに対して被覆１０が除去されたファイバコア７およびクラッド材８が収容される。この状態のファイバコア７等を下部基板１１と上部基板１４とで挟み込み、更にこれら基板間に形成される空間が接着剤層１３によって満たされている。
【００１９】
前述したように下部基板２、コア３、オーバークラッド４ａ、ベースクラッド４ｂおよび上部基板５各々は、非常に近い値の屈折率を有している。このため、先にも述べたように、単に端面を撮像することでは、ＰＬＣチップ１の端面１ａを観察してコア３の形状あるいはその配置を見出すことは困難である。また、
【特許文献１】に示されたように、ＰＬＣチップ１における当該端面とは逆の端面１ｂから光りを導入すること行ったとしても、コア３と他の部分とのコントラストを明瞭化することは困難と思われる。これは、各々の屈折率が略等しく、ほぼ等しい光透過性を有することから、透過光がかえって個々の構成の境界をぼかしてしまうことによると思われる。
【００２０】
本実施例においては、当該状況の発生を防止すべく、ＰＬＣチップ１における端面１ｂに入射する光りを全て略平行光（望ましくは完全な平行光）とすることとしている。平行光を入射させることによって、個々の構成間に於いても透過光は常に特定の角度を保って屈折あるいは反射することとなる。従って、個々の構成における屈折率の相違に応じて得られる透過光の状態が個々に異なることとなり、この相違を適当な手段によって撮像等して認識することによって各構成の配置を位置的に把握することが可能となる。
【００２１】
本実施の形態においては、例えばオーバークラッド４ａと接着剤層４ｃとの界面、およびコア３とベースクラッド４ｂとオーバークラッド４ａ（総称してクラッドと呼ぶ。）との界面と、接着剤層４ｃと上部基板５との界面とにおいて平行光が全反射する条件にて、ＰＬＣチップ１の端面１ｂより平行光を入射することとしている。当該条件を満たしてＰＬＣチップ１に平行光を導くことによって、端面１ａにおいてベースクラッド４ｂとオーバークラッド４ａおよびコア３の近傍から射出される平行光は無くなる。その結果、当該界面は明暗によって容易に撮像可能となり、通常の２値化処理によって、コア３の配置等を容易に把握することが可能となる。なお、当然のことながら、この全反射が得られる角度等の諸条件は、平行光の波長、各構成の屈折率等に依存している。なお、ここで言う平行光とは、完全な平行な光ではなく、光源とレンズで容易に構成出来る平行に近い光である（完全な平行光ではない。）が、より明瞭は明暗象を得るためには完全な平行光に近づけることが好ましい。
【００２２】
次に、コア象を得るために本発明者が行った検討結果について簡単に述べる。図３は、検討時の各パラメータを図示したものである。ＰＬＣチップ１において光信号が入射される側の端面１ａと、ＰＬＣチップ１における導波路と平行な面とのなす角を端面角度αとし、端面１ａの垂線と端面１ａに対して入射される平行光の向きとのなす角を入射角θ１としている。また、ＰＬＣチップ１における光の射出側端面１ｂの垂線と、端面１ｂから射出される光りを撮影するカメラの向きとのなす角をθ２としている。なお、ここで述べる端面角度αは、前述した角度θに等しい。
【００２３】
前述の如く入射した平行光の全反射条件を得る上で、まずＰＬＣチップ１内部に入射した平行光が接着剤層に対して略平行に透過する条件を見つける必要がある。図４は、ＰＬＣチップ１における端面角度αに依存する、当該条件を満たす平行光の入射角度を示している。この入射角度は、光を透過させる部分の屈折率と端面角度に依存して一義的に求められることがわかる。
【００２４】
図５は、図４より求められた入射角度１１．６４°を中心としてその角度を変化させ、射出側端面１ｂから射出された光りを分析し、コアあるいはその近傍に関する画像の明暗のコントラストを調べた結果である。図５に示すように、入射角度１１．６４°を中心として、その±５°の範囲において多値化処理等、条件によっては通常の２値化処理によって、コア形状を得ることが可能である。また、入射角度１１．６４°を中心として、その±２°の範囲において通常の２値化処理によってコア形状を得ることが可能である。
【００２５】
なお、コア近傍において明暗のコントラストを得ようとする場合、暗部はその領域から発せられる光がカメラに到達しないことによって生ずる。しかし、ＰＬＣチップ１内部の異なる材質の部分をそのまま通過した光等により、カメラの配置によっては、この暗部を検出し得ない場合も考えられる。そこで、ＰＬＣチップ１における導波路形成面と平行な平行光が端面１ｂより射出された場合に、当該平行光より明暗像が得られる条件を求めることとした。その結果を図６に示す。この結果によれば、平行光の入射角度に対しておよそ６．７°のオフセットを行うことによって、コア近傍における明暗象が得られることがわかる。
【００２６】
図７は、平行光の入射角度１１．６４°が中心になると仮定して、カメラの配置角度をこの角度を中心として変化させて、射出側端面１ｂから射出された光りを分析し、コアあるいはその近傍に関する画像の明暗のコントラストを調べた結果である。図７に示すように、カメラの配置角度１１．６４°を中心として、その±１０°の範囲において多値化処理等、条件によっては通常の２値化処理によって、コア形状を得ることが可能である。また、カメラの配置角度４．９４°を中心として、その±３°の範囲において通常の２値化処理によってコア形状を得ることが可能である。
【００２７】
なお、図中においてより好ましい角度範囲の中心は４．９４°であり、図６において述べたオフセット角度分だけ、中心となる角度１１．６４°にシフトしていることを示している。また、ピーク値が中心となる角度の片側だけに生じたことは、良好な条件で光を入射させた場合、接着剤層とオーバークラッド間で全反射条件となるため、上部基板側には光がほとんど到達しないことに起因していると思われる。また図中極小点が生じた原因は、コア以外に入射した光が多く出射することに起因すると思われる。従って、完全な平行光を用いることにより、カメラの配置の自由度はより大きくなると考えられる。
【００２８】
以上の検討結果から、コア画像を得るためには、端面通過後の平行光がＰＬＣチップにおける導波路形成面に対して平行光となる入射角度に対して±５°、より好ましくは±２°の範囲で端面１ａに平行光を入射すれば良いことが確認された。また、端面１ｂから射出された光によりコア像を求める上で、端面通過後の平行光がＰＬＣチップにおける導波路形成面に対して平行となる入射角度に対して±１０°、より好ましくは当該入射角度よりおよそ６．７°オフセットさせた４．９４°を中心としてその±３°の範囲でカメラを傾けて設置すれば良いことが確認された。
【００２９】
なお、ここで述べた全反射条件は、下部基板、コア、ベースクラッドとオーバークラッド、接着剤層および上部基板におけるいずれかの間の界面において成立すればよいと考えられる。なお、本発明を実施する対象としてこれら構成を有するＰＬＣチップを例示しているが、本発明はこれら構成の何れかからなるチップに対しても適用可能であり、これら何れかの界面において上述の条件が成立すれば本発明の効果は得られると考えられる。また、以上の条件のうちカメラに関する内容は、ＰＬＣチップの端面に対してカメラを所定角度傾ければよいと解される。
【００３０】
また以上の検討結果は、基板として石英をベースとする材料からなるものを用いて形成されたＰＬＣチップに関してなされたものである。図４から明らかなように、これら検討結果の屈折率依存性はそれほど大きくないと考えられるが、上述の範囲は材料に応じて適宜変更されることが好ましい。また、個々で述べた平行光は、その波長として５００〜７００ｎｍのものを用いている。屈折角等は、周知のように波長にも依存している。従って、用いる光の波長に応じても、上述の範囲は適宜変更されることが望ましい。
【００３１】
なお、
【特許文献１】には、接続端面９ａを単純に撮像することによりコア１２の位置が認識可能であるかの如く述べられている。しかしながら、実際に光ファイバに対して光を導くのみでは、上述の如くコア１２の形状を明瞭化することは困難である。従って、上述のＰＬＣチップ１におけるコア３の形成位置の認識方法は、光ファイバにおける接続端材９に対しても適応可能であり、有効と考えられる。しかしながら、光ファイバを通過した光りを平行光に保持することは事実上困難と考えられる。このため、実際上は、接続端面９ａから射出される光の強度分布によって接続部載９におけるコア位置を得る方法がもっとも有効と考えられる。
【００３２】
【実施例】
上述のＰＬＣチップにおけるコア位置認識方法を用いた、本発明の実施例であるＰＬＣチップと光ファイバとの調芯を行い、これらを接続する接続装置について以下に述べる。図８は、本発明に係る接続装置、すなわち光伝送モジュールの接続装置の主要構成に関し、これらを上方より見た状態を示している。図中、接続装置２０は、入力側ファイバアレイ２１を支持する入力側アレイ支持テーブル２３、ＰＬＣチップ２５を支持するチップ支持テーブル２７、出力側ファイバアレイ２９を支持する出力側アレイ支持テーブル３１、第一の二視野カメラ４１、および第二の二視野カメラ５１を主たる構成要素として有している。
【００３３】
入力側アレイ支持テーブル２３および出力側アレイ支持テーブル３１は、チップ支持テーブル２７を中心として、図中Ｘ軸方向に移動して各々接近、離間の動作を行うことが可能である。また、各テーブル、カメラ等は、必要に応じて、図中ＸＹで示す軸方向、およびこれらと垂直なＺ軸方向における位置調節、および各軸における角度調節が可能となっている。なお、これら調節機構等は基本的に公知である種々の構成を用いることが可能あることから、本明細書における説明は省略することとする。また、以下で述べる構成、操作において、光源からの光の照射およびカメラによる各端面の撮影は、前述の諸条件に従って行われるが、説明の煩雑さを避けるため以下での説明は省略する。
【００３４】
第一の二視野カメラ４１は、２個のカメラ４２、４４を有し、これらカメラはその向きがＸ軸上で逆方向（二視野カメラ４１本体に対して外方）に向かい、且つその視野中心が同一軸上となるように配置されている。第一の二視野カメラ４１は、チップ支持テーブル２７と出力側アレイ支持テーブル３１とがＸ軸方向に隔置された状態で、Ｙ軸方向に移動してその間に位置することが可能となっている。前述のカメラ４２、４４は、二視野カメラ４１がテーブル２７、３１間に位置した際に、各テーブルに支持されるＰＬＣチップ２５の出力側端面２５ａおよび出力側ファイバアレイ２９の入力側端面２９ａをそれぞれ撮影可能となる位置に配置されている。また、第一の二視野カメラ４１は、Ｙ軸方向に所定量移動した状態にてＰＬＣチップ２５の出力側端面２５ａに対して平行光を照射可能な光源４６も有している。光源４６は、カメラ４２とＸ方向においては同一方向を向くと共に、Ｚ軸方向において同一レベルとなるように配置されており、平行光の射出方向が変更可能となるように固定、保持されている。
【００３５】
第二の二視野カメラ５１は、２個のカメラ５２、５４を有し、これらカメラはその向きがＸ軸上で逆方向（二視野カメラ５１本体に対して外方）に向かい、且つその視野中心が同一軸上となるように配置されている。第一の二視野カメラ５１は、入力側アレイ支持テーブル２３とチップ支持テーブル２７とがＸ軸方向に隔置された状態で、Ｙ軸方向に移動してその間に位置することが可能となっている。前述のカメラ５２、５４は、二視野カメラ５１がテーブル２３、２７間に位置した際に、各テーブルに支持される入力側ファイバアレイ２１の出力側端面２１ａおよびＰＬＣチップ２５の入力側端面２５ｂをそれぞれ撮影可能となる位置に配置されている。また、第一の二視野カメラ５１は、Ｙ軸方向に所定量移動した状態にてＰＬＣチップ２５の入力側端面２５ｂに対して平行光を照射可能な光源５６も有している。光源５６は、とカメラ５４とＸ方向においては同一方向を向くと共に、Ｚ軸方向において同一レベルとなるように配置されており、平行光の射出方向が変更可能となるように固定、保持されている。
【００３６】
なお、カメラ４２、４４、５２、５４は、それぞれ特許請求の範囲における第二のカメラ、第四のカメラ、第一のカメラ、および第三のカメラにそれぞれ対応し、光源４６、５６は、それぞれ第一の光源および第二の光源に対応している。また、各テーブルの駆動装置に関しては、これらを総称して駆動手段と定義している。
【００３７】
次に、当該接続装置２０を用いて実際にＰＬＣチップ２５および光ファイバアレイ２１、２９の調芯を行い、且つこれらを接続する操作について、図２〜４を用いて説明する。なお、図９〜１１は、図８と同様の様式にて本装置２０を示した図であり、各々調芯および接続の各工程における装置の状態を示している。まず、ＰＬＣチップ２５、入力側ファイバアレイ２１および出力側ファイバアレイ２９を、各テーブルがそれぞれ支持する。当該状態で、チップ支持テーブル２７を中心として、入力側アレイ支持テーブル２３および出力側支持テーブル３１が各々所定間隔空けた状態にて配置される。
【００３８】
続いて、図９に示すように、各テーブル２３、２７、３１各々の間に第一の二視野カメラ４１および第二の二視野カメラ５１が進入し、第一の位置にて停止する。当該状態において第二の二視野カメラ５１におけるカメラ５２は、入力側ファイバアレイ２１の出力側端面２１ａに対向し、カメラ５４はＰＬＣチップ２５における入力側端面２５ｂに対向している。また、第一の二視野カメラ４１における光源４６はＰＬＣチップ２５における出力側端面２５ａと対抗し、ＰＬＣチップ２５内部に所定の条件にて平行光を照射可能な状態となっている。
【００３９】
当該状態において、入力側ファイバアレイ２１に信号光等の光を導入し、カメラ５２によってその出力側端面２１ａを撮影する。実際には、上述したように、これら信号光等によって、ファイバアレイ２１端部に固定された接続部材（不図示）のコアを撮影、認識することは困難と思われる。本実施例においては、出力側端面２１ａから射出されるいわゆる光源像を撮像し、この画像における輝度中心を求め、当該輝度中心をコアの中心部として認識することとしている。当該方法によれば、コア形状からその中心を求めなくとも、出力側端面２１ａにおいて実質的に最も光伝送効率が高くなる位置を求めることとなり、事実上のコア中心を求めることが可能となる。当該位置をＰＬＣチップ２５におけるコアを当該位置と接続することで、良好な接続状態が得られる
【００４０】
同時に、前述した全反射条件と合致する状態にて、第一の二視野カメラ４１における光源４６からＰＬＣチップ２５の出力側端面２５ａに対して平行光を照射する。平行光の照射によって入力側端面２５ｂには、コア等の形状、配置が明暗像によって示され、当該明暗像をカメラ５４によって撮影する。被撮影画像は、不図示の画像処理回路等によって２値化等の処理が施され、コア等の形状、配置が認識される。前述したように、カメラ５２、５４は同一の軸を中心とした画像を撮影している。従って、個々のカメラによって得られた影像に基づいて異なる視野に配置された各部材の位置関係を一義的に決定することが可能である。従って、カメラ５２によって認識された入力側ファイバアレイ２１の出力側端部２１ａの信号中心と、ＰＬＣチップ２５の入力側端面に形成されたコア中心との調芯操作を容易且つ確実に行うことが可能となる。
【００４１】
以上の調芯操作終了後、第一および第二の二視野カメラ４１、５１は、図９に示した第一の位置から後退し、第二の位置（前述した所定位置）にて停止する。図１０に示す当該状態において、第一の二視野カメラ４１におけるカメラ４４は、出力側ファイバアレイ２９の入力側端面２９ａに対向し、カメラ４２はＰＬＣチップ２５における出力側端面２５ａに対向している。また、第二の二視野カメラ５１における光源５６はＰＬＣチップ２５における入力側端面２５ｂと対抗し、ＰＬＣチップ２５内部に所定の条件にて平行光を照射可能な状態となっている。
【００４２】
当該状態において、出力側ファイバアレイ２９に対して、接続部とは他の端部から信号光等の光を導入し、カメラ４４によってその入力側端面２９ａを撮影する。この撮影操作に関しては、前述した入力側ファイバアレイ２１の出力側端面２１ａの撮影操作と同様であるため、ここでの説明は省略する。同時に、前述した全反射条件と合致する状態にて、第二の二視野カメラ５１における光源５６からＰＬＣチップ２５の入力側端面２５ｂに対して平行光を照射する。平行光の照射によって出力側端面２５ａには、コア等の形状、配置が明暗像によって示され、当該明暗像をカメラ４２によって撮影する。被撮影画像は、不図示の画像処理回路等によって２値化等の処理が施され、コア等の形状、配置が認識される。以上の操作によって、出力側ファイバアレイ２９の入力側端部２９ａの信号中心と、ＰＬＣチップ２５の出力側端面に形成されたコア中心との調芯操作が終了する。以上に述べたように、本発明を実施することにより、いわゆる粗調芯及び中調芯と呼ばれる調芯操作を一度に行うことが可能となり、個々の部材におけるコア部の配置について、各々の位置ずれを数ミクロンオーダーまで低減することが可能となる。
【００４３】
以上の操作終了後、第一および第二の二視野カメラ４１、５１は、図８に示した元の位置に後退する。その後、入力側アレイ支持テーブル２３と出力側アレイ支持テーブル３１とが、各々チップ支持テーブル２７に接近する。図１１に示した配置において、入力側ファイバアレイ２１、ＰＬＣチップ２５および出力側ファイバアレイ２９とは略接続された状態となる。この状態で、入力側ファイバアレイ２１より信号光を導入し、出力側ファイバアレイ２９より得られる光信号の強度に基づいて、まず入力側ファイバアレイ２１とＰＬＣチップ２５との接合位置の微調整が行われる。当該微調整終了後、同様の状態にて光信号の強度に基づいた、ＰＬＣチップ２５と出力側ファイバアレイ２９との接合位置の微調整がおこなわれる。これら微調整の終了後に、個々の部材の間に接着剤等を流し込んでこれら部材を固定し、接続する操作が行われる。
【００４４】
以上に述べたような微調芯操作を実施することにより、個々の部材におけるコア部の配置について、各々の位置ずれを０．数ミクロンオーダーまで低減することが可能となる。また、これらのコア部の位置認識は、カメラによって得られた画像を解析して得ており、この解析に要する時間は実際の調芯操作を含めても数秒に満たない。従って、本発明の実施によって、従来よりも短時間で、且つ非上位に高い精度で光伝送モジュールの製造を行うことが可能となる。
【００４５】
なお、本実施例においては、カメラとして一対の二視野カメラを用いることとし、これらを用いて入力側ファイバアレイのコアとＰＬＣチップの入力側コア、およびＰＬＣチップの出力側コアと出力側のファイバアレイのコアとを、同時に撮像することとしている。しかしながら、本実施例は、例えば図１２に示すように変形することも可能である。以下、光伝送モジュールの接続装置の主要構成に関し、これらを上方より見たい状態を示す図５を参照して変形例について述べる。なお、図中図８に示した実施例における構成と同様の構成については、同一の参照符号を用いて説明を行うこととする。
【００４６】
図中の接続装置１２０は、入力側ファイバアレイ２１を支持する入力側アレイ支持テーブル１２３、ＰＬＣチップ２５を支持するチップ支持テーブル１２７、出力側ファイバアレイ２９を支持する出力側アレイ支持テーブル１３１、および二視野カメラ１４１を主たる構成要素として有している。入力側アレイ支持テーブル１２３と出力側アレイ支持テーブル１３１とは、互いにＸ方向に移動可能であると共に、Ｘ方向において所定の間隔を空けて向かい合って配置されている。チップ支持テーブル１２７と二視野カメラ１４１とはＹ軸上において向かい合って配置されている。また、これら構成は、入力側アレイ支持テーブル１２３と出力側アレイ支持テーブル１３１との間に対して、交互に侵入、後退することが可能となっている。
【００４７】
チップ支持テーブル１２７は、前述の支持テーブル１２３、１３１の間から退避した第一の位置および第二の位置（点線にて示す）において停止する。各々の位置においては、Ｘ方向においてチップ支持テーブル１２７を挟んで対抗する、二対の第一のカメラ１５２と第一の光源１５６、および第二のカメラ１５４と第二の光源１５８が配置されている。各テーブル、カメラ等は、必要に応じて、図中ＸＹで示す軸方向、およびこれらと垂直なＺ軸方向における位置調節、および各軸における角度調節が可能となっている。なお、これら調節機構等は基本的に公知である種々の構成を用いることが可能あることから、本明細書における説明は省略することとする。
【００４８】
二視野カメラ１４１は、入力側ファイバアレイ２１の出力側端面２１ａを撮影するためのカメラ４２と、出力側ファイバアレイ２９の入力側端面２９ａを撮影するためのカメラ４４とを有している。二視野カメラ１４１は、支持テーブル１２３、１３１の間に位置する際に、これら端面の画像を撮影し、そのコア中心の認識操作を行う。なお、具体的な操作方法に関しては、前述の実施例と同様のためここでの説明は省略する。第一の位置において、第一の光源１５６は、ＰＬＣチップ２５の出力側端面２５ａに対して前述の条件に従って光を照射し、第一のカメラ１５２は前述の条件に従ってその入力側端面２５ｂの画像を撮影する。第二の位置においては、第二の光源１５８は、ＰＬＣチップ２５の入力側端面２５ｂに対して前述の条件に従って光を照射し、第二のカメラ１５４は前述の条件に従ってその出力側端面２５ａの画像を撮影する。すなわち、ＰＬＣチップ２５は、第一の位置において、入力側端面２５ｂにおけるコア位置の認識が為され、第二の位置において、出力側端面２５ａにおけるコア位置の認識が為される。
【００４９】
続いて、当該接続装置１２０を用いて実際にＰＬＣチップ２５および光ファイバアレイ２１、２９の調芯を行い、且つこれらを接続する操作について説明する。まず、ＰＬＣチップ２５を支持したチップ支持テーブル１２７が第一の位置にて停止する。当該位置において、第一の光源１５６からの平行光の照射と第一のカメラ１５２による入力側端面２５ｂの撮影が行われ、入力側のコア位置の認識操作が行われる。その後、チップ支持テーブル１２７は第二の位置に移動し、当該位置において、第二の光源１５８からの平行光の照射、第二のカメラ１５４による出力側端面２５ａの撮影、および出力側のコア位置の認識操作が行われる。
【００５０】
同時に、入力側ファイバアレイ２１、出力側ファイバアレイ２９に対し、それぞれに信号光等の導入が為され、その状態において二視野カメラ１４１による出力側端面２１ａおよび入力側端面２９ａの撮影が行われる。当該撮影結果に基づいて、各々のコア中心の認識操作が行われる。各コア位置の認識操作が終了した後、二視野カメラ１４１が入力側アレイ支持テーブル１２３と出力側アレイ支持テーブル１３１との間から退避し、当該位置へのチップ支持テーブル１２７の移動が行われる。各指示テーブルは、認識操作によって確定された各々のコア中心を一致させるように各々の位置を微調整する。調整終了後、チップ支持テーブル１２７を中心として、入力側アレイ支持テーブル１２３と出力側アレイ支持テーブル１３１とが互いに接近する。以上に述べたように、本発明を実施することによって、いわゆる粗調芯及び中調芯と呼ばれる調芯操作を一度に行うことが可能となり、個々の部材におけるコア部の配置について、各々の位置ずれを数ミクロンオーダーまで低減することが可能となる。
【００５１】
入力側ファイバアレイ２１、ＰＬＣチップ２５、および出力側ファイバアレイ２９が略接続された状態にてこの接近操作が停止される。この状態で、入力側ファイバアレイ２１より信号光を導入し、出力側ファイバアレイ２９より得られる光信号の強度に基づいて、まず入力側ファイバアレイ２１とＰＬＣチップ２５との接合位置の微調整が行われる。当該微調整終了後、同様の状態にて光信号の強度に基づいた、ＰＬＣチップ２５と出力側ファイバアレイ２９との接合位置の微調整がおこなわれる。これら微調整の終了後に、個々の部材の間に接着剤等を流し込んでこれら部材を固定し、接続する操作が行われる。
【００５２】
本実施の形態によれば、前述した実施例と比較して、駆動部分が増加すること、および位置確認を行う場所が増加することによって、調芯精度を維持する上ではやや不利になると思われる。しかしながら、光源およびカメラの配置あるいはコアに向けた角度等を変更する構成の構築が容易であり、汎用性の点ですぐれると考えられる。なお、本実施例においては、入出力用のファイバアレイ端面の画像撮影に二視野カメラを用いることとしているが、これらを個別のカメラとしても良い。
【００５３】
以上に述べたような調芯操作を実施することにより、個々の部材におけるコア部の配置について、一度の調芯操作によって各々の位置ずれを数ミクロンオーダーまで低減することが可能となり、直ちにいわゆる微調芯の操作を実施することが可能となる。また、これらのコア部の位置認識は、カメラによって得られた画像を解析して得ており、この解析に要する時間は実際の調芯操作を含めても数秒に満たない。従って、本発明の実施によって、従来よりも短時間で、且つ非上位に高い精度で光伝送モジュールの製造を行うことが可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の実施によれば、従来は困難であったＰＬＣチップ等の各種光導波路におけるコア位置の直接検出を、カメラ等による撮影および撮影結果の２値化処理等によって行うことが可能となる。従って、当該コア位置を、従来と比較して正確且つより短時間で認識することが可能となるとなる。
【００５５】
また、通常のカメラ等、画像撮影装置を用いて端面影像を得ることでコア認識
が可能であり、
【特許文献２】と異なり、偏光顕微鏡等、高価且つ大型な光学機器を用いることなく装置を構築することが可能となる。また、本発明によれば、ＰＬＣチップあるいは入出力ファイバ等を支持する各テーブルの移動を最小にして、各素子の調芯、接続の操作を行うことが可能であることから、従来技術と比較して高い位置精度を容易に得ることができ、且つその保持も容易になると思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）光伝送方向とは垂直な方向においてＰＬＣチップを切断した状態における断面形状の概略を示す図である。
（Ｂ）光伝送方向と平行な方向においてＰＬＣチップを切断した状態における断面形状の概略を示す図である。
【図２】（Ａ）光伝送方向とは垂直な方向においてファイバアレイの端部を切断した状態における断面形状の概略を示す図である。
（Ｂ）光伝送方向とは平行な方向においてファイバアレイの端部を切断した状態における断面形状の概略を示す図である。
【図３】ＰＬＣチップに対する平行光の入射角度等の説明するための図である。
【図４】ＰＬＣチップの端面角度と平行光の入射角度の関係を示す図である。
【図５】平行光の入射角度と得られる画像の明暗比の関係を示す図である。
【図６】ＰＬＣチップの端面角度とカメラの傾け角度の関係を示す図である。
【図７】カメラの傾け角度と得られる画像の明暗比の関係を示す図である。
【図８】本発明における一実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【図９】本発明における一実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【図１０】本発明における一実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【図１１】本発明における一実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【図１２】本発明における他の実施例係る光伝送モジュール接続装置を上方から見た状態における概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２５：ＰＬＣチップ
２、１１：石英基板
３：コア
４ａ：オーバークラッド
４ｂ：ベースクラッド
４ｃ、１３：接着剤層
５、１４：上部基板
６：光ファイバアレイ
７：ファイバコア
８：クラッド部材
９：接続部材
１０：被覆
２０、１２０：接続装置
２１：入力側ファイバアレイ
２３、１２３、入力側アレイ支持テーブル
２７、１２７：ＰＬＣチップ支持テーブル
２９：出力側ファイバアレイ
３１、１３１：出力側アレイ支持テーブル
４１：第一の二視野カメラ
４４、４６、５２、５４：カメラ
４６、５６：光源
５２：第二の二視野カメラ
１５２：第一のカメラ
１５４：第二のカメラ
１５６：第一の光源
１５８：第二の光源
【図１】
2005024579.tif 000003
【図２】
2005024579.tif 000004
【図３】
2005024579.tif 000005
【図４】
2005024579.tif 000006
【図５】
2005024579.tif 000007
【図６】
2005024579.tif 000008
【図７】
2005024579.tif 000009
【図８】
2005024579.tif 000010
【図９】
2005024579.tif 000011
【図１０】
2005024579.tif 000012
【図１１】
2005024579.tif 000013
【図１２】
2005024579.tif 000014