(57)【要約】【課題】  複数の光学部品の接続工程において位置合わせする箇所と自由度が多い場合にも実用的な時間で自動的に位置合わせを行う。【解決手段】  位置合わせ機構部２０の固定ブロック２３、第１微動ステージ２１および第２微動ステージ２２に、導波路４１、光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３をセットし、位置合わせ制御部１０は、光源部１１から光ファイバアレイ４２、導波路４１、光ファイバアレイ４３を通過して光パワーメータ１２に至る通過光の光強度を観測しながら、第１微動ステージ２１および第２微動ステージ２２によって光ファイバアレイ４２および４３の導波路４１に対する光軸を微動させ、光ファイバアレイ４２、４３の座標を遺伝子とし、光強度を評価値とする遺伝的アルゴリズムにて、導波路４１に対する光ファイバアレイ４２、４３の最適な位置関係を探索する調芯を行って接続する。【選択図】  図１
2005031592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学部品の複数の接続部位を含む光学系の位置合わせ方法であって、前記光学系を通過する通過光の変化を観測しながら、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させることで、複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行うことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】
第１および第２の光ファイバアレイと、前記第１および第２の光ファイバアレイ間に介在する導波路を光学部品として含む光学系の位置合わせ方法であって、前記光学系を通過する通過光の変化を観測しながら、前記通過光の評価値が最適となるように前記第１および第２の光ファイバアレイの光軸を並列的に変化させることで、前記第１および第２の光ファイバアレイの前記導波路に対する光軸の位置合わせを一括して行うことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項３】
前記光学系を通過した前記通過光の評価値が最適となるように、確率的探索アルゴリズムに従って複数の光学部品の光軸を並列的に変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置合わせ方法。
【請求項４】
遺伝的アルゴリズムに従って複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させて前記通過光の前記評価値の最適値を探索することを特徴とする請求項３に記載の位置合わせ方法。
【請求項５】
遺伝的アルゴリズムに従って複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させたのちに、山登り法に従って前記評価値の最適値を探索することを特徴とする請求項４に記載の位置合わせ方法。
【請求項６】
焼きなまし法に従って複数の前記光学部品の光軸を順次に変化させて前記評価値の最適値を探索することを特徴とする請求項３に記載の位置合わせ方法。
【請求項７】
前記評価値として、前記通過光の光強度を用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項８】
複数の前記光学部品の少なくとも一つを所定の振幅で振動させて前記光学部品の前記光軸の位置を変化させることで、前記評価値の最適値を探索することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項９】
前記光学系は、前記光学部品として、光導波路、光ファイバアレイ、光ファイバ、発光素子、受光素子、ミラー、レンズのいずれかを含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項１０】
複数の光学部品の複数の接続部位を含む光学系の位置合わせ装置であって、
個々の前記光学部品を支持し、支持した前記光学部品の光軸を微動させる複数の微動支持機構と、
前記光学系に通過させる光を発生する光源と、
前記光源から前記光学系を経て到来する通過光を検出する受光部と、
前記光源から前記光学系を経て前記受光部に至る前記通過光の変化を観測しながら、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記微動支持機構によって複数の前記光学部品の各々の光軸を並列的に変化させることで、複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行う機能を備えた位置合わせ制御部と、
を具備したことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１１】
第１および第２の光ファイバアレイと、前記第１および第２の光ファイバアレイ間に介在する導波路を光学部品として含む光学系の位置合わせ装置であって、
第１および第２の光ファイバアレイの各々を支持し、支持した前記第１および第２の光ファイバアレイの光軸を微動させる複数の微動支持機構と、
前記光学系に通過させる光を発生する光源と、
前記光源から前記光学系を経て到来する通過光を検出する受光部と、
前記光源から前記光学系を経て前記受光部に至る前記通過光の変化を観測しながら、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記微動支持機構によって前記第１および第２の光ファイバアレイの各々の光軸を並列的に変化させることで、前記導波路に対する前記第１および第２の光ファイバアレイの光軸の位置合わせを一括して行う機能を備えた位置合わせ制御部と、
を具備したことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１２】
前記位置合わせ制御部は、前記光学系を通過した光の評価値が最適となるように、確率的探索アルゴリズムに従って複数の光学部品の光軸を並列的に変化させることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の位置合わせ装置。
【請求項１３】
遺伝的アルゴリズムに従って複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させて前記通過光の前記評価値の最適値を探索することを特徴とする請求項１２に記載の位置合わせ装置。
【請求項１４】
遺伝的アルゴリズムに従って複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させたのちに、山登り法に従って前記評価値の最適値を探索することを特徴とする請求項１３に記載の位置合わせ装置。
【請求項１５】
焼きなまし法に従って複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させて前記評価値の最適値を探索することを特徴とする請求項１２に記載の位置合わせ装置。
【請求項１６】
前記評価値として、前記通過光の光強度を用いることを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の位置合わせ装置。
【請求項１７】
複数の前記光学部品の少なくとも一つを前記微動支持機構によって所定の振幅で振動させて前記光学部品の前記光軸の位置を変化させることで、前記評価値の最適値を探索することを特徴とする請求項１０から請求項１６のいずれか１項に記載の位置合わせ装置。
【請求項１８】
前記光学系は、前記光学部品として、光導波路、光ファイバアレイ、光ファイバ、発光素子、受光素子、ミラー、レンズのいずれかを含むことを特徴とする請求項１０から請求項１７のいずれか１項に記載の位置合わせ装置。
【請求項１９】
前記位置合わせ制御部は、コンピュータと、前記コンピュータにて読み取り可能で、複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行う機能を前記コンピュータにて実現する位置合わせプログラムが格納された記録媒体とを含むことを特徴とする請求項１０から請求項１８のいずれか１項に記載の位置合わせ装置。
【請求項２０】
複数の光学部品の複数の接続部位を含む光学系の位置合わせをコンピュータに行わせる位置合わせプログラムであって、
前記光学系を通過する通過光の変化を観測するステップと、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させることで複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行うステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする位置合わせプログラム。
【請求項２１】
複数の光学部品の複数の接続部位を含む光学系において、前記光学系を通過する通過光の変化を観測するステップと、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させることで複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行うステップと、をコンピュータに実行させる位置合わせプログラムが格納されたことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の光学部品を含む光学系の位置合わせ技術に関し、特に光学部品として光ファイバ、光ファイバアレイ、レンズ、発光素子、受光素子、半導体レーザ、光導波路、ミラーなどを含む光伝送路の光軸調整等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＩＴ革命により、大容量の通信路を実現するインフラストラクチャとして光ファイバ通信に期待が集まっており、現在ではファイバ・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）の実現に向けて光通信網整備などの各種施策が展開されている。また、近年の計算機システムにおいては、電気配線による配線遅延や、機器間の通信バンド幅の不足といった配線の問題が顕在化しており、これを解決する手段としても、光通信技術に注目が集まっている。
【０００３】
その光通信の技術的課題のひとつとして、光デバイスの光軸の位置合わせ（調芯）技術がある。調芯する光デバイスの代表的なものは、光ファイバ同士の接合がある。また、光ファイバ同士の接続だけではなく、光ファイバと、発光素子、受光素子、光導波路、マイクロレンズ等との接続も重要である。光デバイスの接続は、電子部品とは接続原理が基本的に異なり、接続する端面同士が数百ナノメートルという精度で完全に一致しなければならない。そのため、人手による接続では経験と技術をもった熟練者であっても非常に時間がかかってしまう。この問題を解決するためにこれまでにいくつかの自動調芯システムが開発されているが（たとえば特許文献１）、同時に調整する自由度（ある物体を動かすことができる方向の数）が４以上ある場合は、位置合わせのための調芯時間が増大し、実用的でなくなるという技術的課題があった。
【０００４】
特に、高機能な光部品の場合、複数の光部品が組み合わさって構成されるので、調芯すべき自由度は多い。例えば、光ファイバアレイ、光導波路、光ファイバアレイの複数の部品が接続されて、ひとつの光モジュールを構成する場合、一方の光ファイバアレイと光導波路間の調芯に３自由度（上下、左右、回転）、光導波路と他方の光ファイバアレイの調芯に３自由度（上下、左右、回転）、合計６自由度が存在する。このように自由度が非常に多い調芯は、現在熟練技術者の職人芸に依存しているために、高機能な光モジュールの製造コストを大幅に押し上げている。ＦＴＴＨが爆発的に普及するためには、この光モジュールを廉価で大量生産できる必要があるといわれている。しかし、この大量生産とコストダウンを阻む大きな要因として、自由度が多い場合の調芯工程が現状挙げられている。
【特許文献１】特開平９−３１１２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、複数の光学部品の接続等において、位置合わせする箇所と自由度が多い場合にも実用的な時間で自動的に位置合わせを行うことが可能な位置合わせ技術を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、複数の光学部品の接続等において、位置合わせする箇所と自由度が多い場合にも、熟練した作業者による介入を必要とすることなく、低コストで位置合わせを行うことが可能な位置合わせ技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点は、複数の光学部品の複数の接続部位を含む光学系の位置合わせ方法であって、前記光学系を通過する通過光の変化を観測しながら、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させることで、複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行う位置合わせ方法を提供する。
【０００８】
また、本発明の第２の観点は、第１および第２の光ファイバアレイと、前記第１および第２の光ファイバアレイ間に介在する導波路を光学部品として含む光学系の位置合わせ方法であって、前記光学系を通過する通過光の変化を観測しながら、前記通過光の評価値が最適となるように前記第１および第２の光ファイバアレイの光軸を並列的に変化させることで、前記第１および第２の光ファイバアレイの前記導波路に対する光軸の位置合わせを一括して行う位置合わせ方法を提供する。
【０００９】
また、本発明の第３の観点は、複数の光学部品の複数の接続部位を含む光学系の位置合わせ装置であって、
個々の前記光学部品を支持し、支持した前記光学部品の光軸を微動させる複数の微動支持機構と、
前記光学系に通過させる光を発生する光源と、
前記光源から前記光学系を経て到来する通過光を検出する受光部と、
前記光源から前記光学系を経て前記受光部に至る前記通過光の変化を観測しながら、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記微動支持機構によって複数の前記光学部品の各々の光軸を並列的に変化させることで、複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行う機能を備えた位置合わせ制御部と、
を具備した位置合わせ装置を提供する。
【００１０】
また、本発明の第４の観点は、第１および第２の光ファイバアレイと、前記第１および第２の光ファイバアレイ間に介在する導波路を光学部品として含む光学系の位置合わせ装置であって、
第１および第２の光ファイバアレイの各々を支持し、支持した前記第１および第２の光ファイバアレイの光軸を微動させる複数の微動支持機構と、
前記光学系に通過させる光を発生する光源と、
前記光源から前記光学系を経て到来する通過光を検出する受光部と、
前記光源から前記光学系を経て前記受光部に至る前記通過光の変化を観測しながら、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記微動支持機構によって前記第１および第２の光ファイバアレイの各々の光軸を並列的に変化させることで、前記導波路に対する前記第１および第２の光ファイバアレイの光軸の位置合わせを一括して行う機能を備えた位置合わせ制御部と、
を具備した位置合わせ装置を提供する。
【００１１】
また、本発明の第５の観点は、複数の光学部品の複数の接続部位を含む光学系の位置合わせをコンピュータに行わせる位置合わせプログラムであって、
前記光学系を通過する通過光の変化を観測するステップと、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させることで複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行うステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする位置合わせプログラムを提供する。
【００１２】
また、本発明の第６の観点は、複数の光学部品の複数の接続部位を含む光学系において、前記光学系を通過する通過光の変化を観測するステップと、前記通過光の評価値が最適となるように複数の前記光学部品の光軸を並列的に変化させることで複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行うステップと、をコンピュータに実行させる位置合わせプログラムが格納された記録媒体を提供する。
【００１３】
上記した本発明によれば、光学系を通過する通過光の変化を観測しつつ、当該光学系の入光側および受光側の複数の光学部品の光軸を同時に並列的に変化させながら、たとえば遺伝的アルゴリズム等の確率的探索手法にて、通過光の評価値が最適となる光軸の位置関係を探索して複数の前記光学部品の光軸の位置合わせを一括して行うので、たとえば、熟練した作業者が通過光の目視観察等にて個々の光学部品を一つずつ位置合わせする場合に比較して、複数の光学部品の位置合わせを短時間に行うことができ、複数の光学部品の自由度が大きい場合でも、実用的な短い時間で、低コストで光学部品の位置合わせ（調芯）および接続を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の光学部品の接続等において、位置合わせする箇所と自由度が多い場合にも実用的な時間で自動的に位置合わせを行うことができる、という効果が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、複数の光学部品の接続等において、位置合わせする箇所と自由度が多い場合にも、熟練した作業者による介入を必要とすることなく、低コストで位置合わせを行うことができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置の構成の一例を示す概念図であり、図２および図３は、その一部の構成の一例を示す斜視図および概念図、図４は、本実施の形態の位置合わせ技術が適用される位置合わせ対象物の一例を示す斜視図である。
【００１７】
図４に例示されるように、本実施の形態では、位置合わせ対象物として、導波路４１に対して、両側から複数の光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３の光軸の位置合わせおよび接合を行う場合を例にとって説明する。すなわち、光ファイバアレイ４２（光ファイバアレイ４３）は、複数本の光ファイバ４２ａ（光ファイバ４３ａ）と、その一端を所定の配列形状にて束ねて固定するコネクタ部４２ｂ（コネクタ部４３ｂ）で構成されている。図４の例では、簡単のため、一例として、複数の光ファイバ４２ａ（光ファイバ４３ａ）を一列（一次元的）に配列した場合を例示しているが、ｎ行×ｍ列（ｍ、ｎは自然数）でｍ・ｎ本の光ファイバ４２ａ（光ファイバ４３ａ）を二次元的に配列してもよい。
【００１８】
導波路４１は、基板上に形成した図示しない光回路に屈折率の違いなどを利用して光信号を導くことができるようにしたものであり、たとえば、光ファイバアレイ４２の複数の光ファイバ４２ａと、光ファイバアレイ４３の複数の光ファイバ４３ａの接続切替等の動作が可能な機能を備えている。
【００１９】
本実施の形態の位置合わせ装置は、位置合わせ機構部２０と、これを制御および駆動する位置合わせ制御部１０および第１微動制御部１３、第２微動制御部１４と、位置合わせ機構部２０に後述のような調整用の光を供給および検出するための光源部１１および光パワーメータ１２を備えている。
【００２０】
位置合わせ制御部１０は、たとえば、記録媒体６０からの情報の読み取りが可能な媒体ドライブ１０ａを備えたコンピュータで構成されている。そして、この位置合わせ制御部１０では、後述の確率的探索手法の一つである遺伝的アルゴリズムによる位置合わせ（調芯）プログラムがハードディスク、ＲＯＭ（読みだし専用メモリ）、光ディスク、光磁気ディスク、フレキシブルディスク、磁気ディスク、フラッシュメモリ、強誘電体を利用したメモリ、磁性体を利用したＭＲＡＭ、バックアップ機能をもつ半導体メモリ、等の記録媒体６０に格納されている。また、上記の位置合わせプログラムは、ネットワークを経由して位置合わせ制御部１０に伝送・配信されるものであってもよい。
【００２１】
位置合わせ機構部２０は、ベース２０ａに載置された固定ブロック２３と、この固定ブロック２３を挟んで対向する複数の第１微動ステージ２１および第２微動ステージ２２を備えている。
【００２２】
図２に例示されるように、第１微動ステージ２１は、対向する第２微動ステージ２２に対する対向方向（Ｚ軸方向）に当該第１微動ステージ２１の全体を移動させる手動Ｚ１軸２１ａと、この第１微動ステージ２１の変位を手動調整するための手動Ｚ１ダイヤル３１と、手動Ｚ１軸２１ａに搭載され、対向する第２微動ステージ２２と高さを合わせるためのスペーサ２１ｂと、手動Ｚ１軸２１ａに搭載され、Ｚ軸に直交する水平方向（Ｘ方向）の変位を行う微動Ｘ１軸２１ｃと、この微動Ｘ１軸２１ｃに搭載され、θ軸部材２１ｈを両側から支持する微動Ｙ１１軸２１ｄおよび微動Ｙ１２軸２１ｅを備えている。
【００２３】
θ軸部材２１ｈには、接触センサ２１ｆを介してジョイント機構２１ｉが支持され、このジョイント機構２１ｉには、一方の光ファイバアレイ４２を保持した精密平行ユニット２１ｇが支持される。なお、分かりやすさのため、精密平行ユニット２１ｇは、図３にのみ例示されている。
【００２４】
微動Ｘ１軸２１ｃ、微動Ｙ１１軸２１ｄ、微動Ｙ１２軸２１ｅの変位は、第１微動制御部１３から与えられる駆動信号１３ａにて制御され、この駆動信号１３ａは、位置合わせ制御部１０からの微動制御信号１０ｂにて生成される。
【００２５】
そして、微動Ｘ１軸２１ｃにて光ファイバアレイ４２のＸ方向の変位（Δｘ１）が、微動Ｙ１１軸２１ｄおよび微動Ｙ１２軸２１ｅの同一方向および同一量の変位にてＹ方向の変位（Δｙ１）が行われ、さらに、微動Ｙ１１軸２１ｄと微動Ｙ１２軸２１ｅの変位の差分にてθ軸部材２１ｈに支持された精密平行ユニット２１ｇ（光ファイバアレイ４２）に必要な回転変位（Δθ１）が与えられる。
【００２６】
同様に他方の第２微動ステージ２２は、Ｚ方向に当該第２微動ステージ２２の全体を移動させるための手動Ｚ２軸２２ａと、この手動Ｚ２軸２２ａに搭載され、Ｘ方向への手動変位を行う手動Ｘ軸２２ｂと、手動Ｚ２軸２２ａおよび手動Ｘ軸２２ｂを動作させる手動Ｚ２ダイヤル３２および手動Ｘ２ダイヤル３３と、これらに搭載された微動Ｘ２軸２２ｃと、微動Ｘ２軸２２ｃに搭載され、θ軸部材２２ｈを両側から支持する微動Ｙ２１軸２２ｄおよび微動Ｙ２２軸２２ｅを備えている。
【００２７】
θ軸部材２２ｈには、接触センサ２２ｆを介してジョイント機構２２ｉが支持され、このジョイント機構２２ｉには、他方の光ファイバアレイ４３を保持した精密平行ユニット２２ｇが支持される。なお、分かりやすさのため、精密平行ユニット２２ｇは、図３にのみ例示されている。
【００２８】
微動Ｘ２軸２２ｃ、微動Ｙ２１軸２２ｄおよび微動Ｙ２２軸２２ｅの変位は、第２微動制御部１４から入力される駆動信号１４ａにて制御され、この駆動信号１４ａは、位置合わせ制御部１０からの微動制御信号１０ｂにて生成される。
【００２９】
そして、微動Ｘ２軸２２ｃにて、光ファイバアレイ４３のＸ方向の変位（Δｘ２）が、微動Ｙ２１軸２２ｄおよび微動Ｙ２２軸２２ｅの同一方向および同一量の変位にてＹ方向の変位（Δｙ２）が行われ、さらに、微動Ｙ２１軸２２ｄと微動Ｙ２２軸２２ｅの変位の差分にて、θ軸部材２２ｈに支持された精密平行ユニット２２ｇ（光ファイバアレイ４３）に必要な回転変位（Δθ２）が与えられる。
【００３０】
以下、本実施の形態の作用の一例について説明する。まず、図５のフローチャートを参照して、導波路４１と複数の光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３の位置合わせおよび接続工程の概略について説明する。
まず、ＵＶ（紫外線）硬化接着材を、導波路４１の両端面および、その各々の端面に対向する光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４２のコネクタ部４２ｂおよびコネクタ部４３ｂの端面に塗布する（ステップＳ１０１）。
【００３１】
次に、導波路４１および光ファイバアレイ４２、光ファイバアレイ４３を、位置合わせ機構部２０の固定ブロック２３および第１微動ステージ２１の精密平行ユニット２１ｇおよび第２微動ステージ２２の精密平行ユニット２２ｇにそれぞれ固定する。そして、入光側の光ファイバアレイ４３の光ファイバ４３ａの端部を光源部１１に接続し、受光側の光ファイバアレイ４３の光ファイバ４３ａの端部を光パワーメータ１２に接続する（ステップＳ１０２）。
【００３２】
次に、第１微動ステージ２１側の手動Ｚ１ダイヤル３１、および第２微動ステージ２２側の手動Ｚ２ダイヤル３２、手動Ｘ２ダイヤル３３を適宜操作して、導波路４１の両端面（接触面）に対して、光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３のコネクタ部４２ｂおよびコネクタ部４３ｂの端面（接触面）の位置を大まかに位置決めする（ステップＳ１０３）。
【００３３】
その後、後述のような確率的探索アルゴリズムの一種である遺伝的アルゴリズムを用いた位置合わせ手法にて、光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３を導波路４１に対して一括して位置合わせする同時調芯を行う（ステップＳ１０４）。
【００３４】
次に、一括合わせ済の、導波路４１と光ファイバアレイ４２の接合面、および導波路４１と光ファイバアレイ４３の接合面に図示しないＵＶ光源からＵＶ光を照射して、ＵＶ硬化接着材を硬化させ、導波路４１と二つの光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３が一体に固定された光モジュールを得る（ステップＳ１０５）。
【００３５】
その後、位置合わせ機構部２０から、一体に固定された導波路４１と二つの光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３からなる光モジュールを取り外す（ステップＳ１０６）。
【００３６】
ここで、上述のステップＳ１０４の位置合わせ処理について詳細に説明する。本実施の形態では、図６に示したフローチャートに従い、導波路４１に対する二つの光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３の光軸調整を同時に行う。
【００３７】
この処理手順では、まずステップＳ１で、光源部１１を動作させ人手もしくは従来手法により光ファイバアレイ４２，４３の光軸の粗調整を行い、さらに位置合わせ制御部１０や光パワーメータ１２を初期化する。なお、粗調整後の各光軸座標値を、以下の調整では入光側の基準点（ｘ１０、ｙ１０、θ１０）、および受光側の基準点（ｘ２０、ｙ２０、θ２０）に設定する。次のステップＳ２で、光パワーメータ１２での受光強度の評価値１２ａを位置合わせ制御部１０に送り、次のステップＳ３で、位置合わせ制御部１０が、受光強度（評価値１２ａ）が所定値を超えたか否かを判定する。
【００３８】
ここで目標値を超えていない場合には、ステップＳ４（詳細例は、後述の図８にて説明する）で、位置合わせ制御部１０が、光パワーメータ１２による通過光（伝送光）に観測に基づく確率的探索手法に従って光軸座標値（ｘ１，ｙ１，θ１，ｘ２，ｙ２，θ２）を変更するための微動制御信号１０ｂを第１微動制御部１３および第２微動制御部１４に出力することで調芯を試行し、調芯に失敗した場合には、次のステップＳ５で不良品処理を行った後に当該処理を終了する。そして上記ステップＳ３で、光学モジュールの性能が所定の仕様を満たすものとなったとの判定が得られた場合には、当該処理を終了する。
【００３９】
ここで、光パワーメータ１２の受光強度は、光ファイバアレイ４２，４３の光軸座標値を引数とする関数Ｆで表すことができる。受光強度を最大にすることは、関数Ｆの最適解を求めることと等価である。本実施の形態では、この点に注目し、光ファイバアレイ４２，４３の光軸調整に、遺伝的アルゴリズムを適用する。
【００４０】
遺伝的アルゴリズムの参考文献としては、例えば、出版社ＡＤＤＩＳＯＮ−ＷＥＳＬＥＹ  ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ  ＣＯＭＰＡＮＹ，ＩＮＣ．が１９８９年に出版した、Ｄａｖｉｄ  Ｅ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇ著の「Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｉｎ  Ｓｅａｒｃｈ，Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｌｅａｒｎｉｎｇ」がある。なお、本実施の形態でいう遺伝的アルゴリズムとは、進化的計算手法のことをいい、進化的戦術（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｓｔｒａｔｅｇｙ：ＥＳ）の手法も含むものである。進化的戦術の参考文献としては、例えば、出版社Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓが１９９５年に出版した、Ｈ．Ｐ．Ｓｃｈｗｅｆｅｌ著の「Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｍｕｍ  Ｓｅｅｋｉｎｇ」がある。
【００４１】
第１実施の形態：光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３の双方を微動させる場合。
遺伝的アルゴリズムの枠組みは、実際のプログラミングの詳細を規定しない緩やかなものとなっており、個々の問題に対する詳細なアルゴリズムを規定するものではない。このため、遺伝的アルゴリズムを本実施の形態の光軸調整に用いるには、以下の項目を光軸調整用に実現する必要がある。
（ａ）染色体の表現方法
（ｂ）個体の評価関数
（ｃ）選択淘汰方法
（ｄ）交叉方法
（ｅ）突然変異方法
（ｆ）探索終了条件
【００４２】
（ａ）染色体の表現方法：本実施の形態では、遺伝的アルゴリズムの染色体表現として、光軸の座標値の組を直接用いることを特徴としており、これにより、染色体の情報を座標値に変換するための処理等を不要とすることができる。また、このようにすることで、光軸座標値を逐次的に最適化するのではなく、すべての座標値を同時並列的に最適化することができる。
【００４３】
このことを、図７を例に説明する。入光側光ファイバアレイの光軸座標値が（ｘ１、ｙ１、θ１）、受光側光ファイバアレイの光軸座標値が（ｘ２、ｙ２、θ２）であったとき、遺伝的アルゴリズムの染色体５０は、基準位置（ｘ１０、ｙ１０、θ１０、ｘ２０、ｙ２０、θ２０）からの変位量（Δｘ１、Δｙ１、Δθ１、Δｘ２、Δｙ２、Δθ２）で記述される。つまり、光ファイバアレイ４２、４３の光軸座標値と遺伝的アルゴリズムの遺伝子データは一対一に対応することになる。
【００４４】
（ｂ）個体の評価関数：遺伝的アルゴリズムの個体の評価関数Ｆつまりは適応度としては、個体の染色体５０が表現する光軸座標値に入光側、受光側の光ファイバアレイを変位させたのち、光パワーメータによって観測された受光パワーを表す関数を用いる。たとえば、光パワーメータのパワー値が６．２ｍＷであった場合、適応度の値は、６．２とする。
【００４５】
図８は、上述のステップＳ４における確率的探索手法の一例である遺伝的アルゴリズムによる光軸調整の詳細例を示すフローチャートである。この図８に示す処理で用いるために、ステップＳ２１で遺伝的アルゴリズムの初期集団として、一様乱数を用いて個体を複数作成する。つまりこの場合には、初期集団の各染色体５０の各遺伝子の値は上限値と下限値のあいだのランダムな実数値をとることを意味する。但し、光軸の初期ずれ値の傾向について何らかの予備知識が存在する場合には、より適応度が高いと思われる個体を初期集団として作成することができる。
【００４６】
そして、初期集団それぞれの個体について、染色体５０に示す値に応じて、並列的に光軸を変化させ、光パワーメータから送られてきた評価値から、適応度を設定する。つぎに、ステップＳ２２の選択、ステップＳ２３の交叉、ステップＳ２４の突然変異、ステップＳ２８の置換を行って、順次探索を行う。本手法においては、集団中の一部分の個体の置換を繰り返し行い、一般的な遺伝的アルゴリズムのように集団全部の個体を一斉に変化させない点が大きな特徴である。これにより、少ない集団の個体数で探索を行うことが可能である。
【００４７】
（ｆ）探索終了条件：しかして、ステップＳ２９での判断で受光強度が所定値を超えたときに、調整処理は終了するが、一定世代数繰り返して調整処理をおこなっても所定値を超える染色体５０（光軸座標値）が得られない場合（終了条件）には、調整対象の光伝送路は不良品と判断され、図６のステップＳ５で不良品としての処理を行う。
【００４８】
（ｃ）選択淘汰方法：上記ステップＳ２２の選択処理においては、集団からランダムに二つの親個体１、２を選び、これらに対して遺伝的操作を行う。
【００４９】
（ｄ）交叉方法：交叉は、従来の離散的な２進数値を扱う遺伝的アルゴリズムでは、染色体５０の遺伝子を部分的に入れ替える操作が行われている。しかしながら、２進数表現により定義される遺伝子型の空間は、実数値に変換後における実際の光ファイバの光軸座標空間とは、位相構造が大きく異なる。たとえば、２進数上である１ビットが反転しても、変換後の光軸座標値は、反転したビットの位置によってその影響が異なる。最上位ビットが反転した場合、その座標値を大きく変化するが、最下位ビットが反転した場合は、座標値はほとんど変化しない。
【００５０】
そのため、従来の遺伝子を部分的に入れ替える交叉方法では、光軸座標空間の連続性が考慮されていないために、親個体の獲得した形質が子個体に適切に継承されない。そのために、無駄な探索を繰り返したり、十分な探索が行われないなどの問題が生じ、効率良く最適化が行われない。そこで本実施の形態では、光軸座標空間の連続性を考慮した、新しい交叉方法を考案した。
【００５１】
図９は本実施の形態に使用する交叉処理の一例の概略のフローチャートを示す。先ず、ステップＳ３１において、個体集団から親個体３をランダムに選ぶ。つぎに、ステップＳ３２において、図８のステップＳ２２の選択によって選ばれた親個体１，親個体２の光軸座標空間での中点Ｃを計算する。そして、ステップＳ３３において、その中点Ｃの周辺に設定された連続的な所定の生起分布、例えば正規分布確率に従って二つの子個体を生成する。具体的には、次の式（１）に従って子個体が発生する。連続的な生起分布としては、コーシー分布など他の微分可能な生起分布を用いてもよい。
【００５２】
【数１】
2005031592.tif 000003
【００５３】
ここで、ｎはパラメータの個数（パラメータ空間の次元数）、ｘｋは生成された子個体ｋの光軸座標空間での座標、ｘｃは中点Ｃの座標、ｄは親個体１，親個体２を結ぶ直線（主軸と呼ぶ）のベクトル、Ｄは、主軸と親個体３の距離である。ｅｉは、主軸に直交する部分空間（ｎ−１次元）を張る正規直交基底ベクトルである。ξは、正規分布Ｎ（０，σξ２）に従う乱数、ηｉは、正規分布Ｎ（０，ση２）に従う独立なｎ−１個の乱数である。親個体３をランダムに２回選んで、式（１）の子個体生成を２回繰り返せば、親個体１，２から子個体ｘｋ１，ｘｋ２が生成できる。
【００５４】
図１０は、光ファイバアレイ等の光学部品の光軸座標がα，β２個（２次元空間）の場合における正規分布確率の標準偏差の求め方を示す。正規分布の標準偏差の主軸方向成分σξは、両親の距離｜ｄ｜に比例（σξ＝ａ｜ｄ｜）し、それに直交する軸成分σηは主軸と親個体３の距離Ｄに比例（ση＝ｂＤ）するように設定される。
【００５５】
このような交叉方法（子個体生成方法）を用いることにより、光軸座標空間の連続性を陽に扱うことができる。陽に扱えるとは、光軸座標空間で近傍にある個体が、遺伝子空間でも近傍にあることを意味する。もしも遺伝子表現を従来手法の２進数表現を用いた場合、光軸座標空間で近傍にある個体が、遺伝子空間で必ずしも近傍にあるとは限らず、探索過程が初期、終盤いずれの場合も大域的な探索が行われてしまう。しかし、上記手法によれば集団中の親同士の距離が離れている探索序盤では大域的に探索を行い、親同士の距離が近い探索終盤では局所的に探索を行うことができる。
【００５６】
（ｅ）突然変異方法：突然変異は、従来の離散的な２進数値を扱う遺伝的アルゴリズムでは、染色体の遺伝子の一部を反転させる操作が行われている。しかし、この操作も光軸座標空間の連続性を考慮していないために、探索のいずれの過程においても大域的な探索と局所的な探索の両方を担当していた。そこで本実施の形態では、突然変異は、子個体の染色体５０の各遺伝子に正規分布Ｎ（０，σ２）に従って発生させた正規乱数を加算する操作とした。これにより、突然変異は局所的な探索のみを担当することとなり、探索終盤で有効に探索を行うことができる。なお、加算する乱数として、正規分布以外のコーシー分布などの他の分布を用いてもよい。
【００５７】
ステップＳ２４での突然変異が終了したのち、得られた子個体Ａ’、Ｂ’の染色体５０の値で、ステップＳ２５ＡおよびステップＳ２５Ｂにおいて精密位置決め装置を動作させそれぞれ光軸座標値を変化させ、子個体Ａ’、Ｂ’の適応度をステップＳ２７ＡおよびステップＳ２７Ｂで得る。
【００５８】
つぎに、ステップＳ２８において、図１１に示すフローチャートに従って個体の置換操作が行われる。この操作では、まずステップＳ４１において、親個体Ａ，Ｂと子個体Ａ’、Ｂ’の４個体のうち、適応度の値が高い上位二つの個体Ｃ、Ｄが選ばれる。次に、ステップＳ４２において、集団内の親個体Ａ、Ｂと、個体Ｃ、Ｄを置換する。この手法では、親個体が子個体よりも適応度が高い場合は、置換は行われないので、淘汰圧が高く、探索の収束時間がはやくなる。なお、上記置換方法以外にも、一般的な世代モデルの選択淘汰方法や、近傍モデルＧＡや非世代モデルＧＡとよばれる公知の選択淘汰方法を用いてもよい。
【００５９】
上記の選択、交叉、突然変異、評価、置換の操作を、ステップＳ２９の目標値の判定および、ステップＳ３０の終了条件の判定をおこないながら繰り返し、ステップＳ２９での判断で受光強度が目標値を超えたときに、調整処理は成功して終了する。なお、ステップＳ２９で目標値を超える前に、ステップＳ３０で終了条件になった場合には、なんらかの原因で光軸調整処理が失敗したことを意味し、上述のステップＳ５に至って不良品処理が行われる。
なお、遺伝的アルゴリズムは探索の終盤に、探索速度がおちる場合がある。それは、大域探索手法であるため、ある局所ピークに到達する速度では、山登り法にはかなわないためである。よって、探索時間をさらに短縮するために、遺伝的アルゴリズムによって調整を行ったのちに、微調整方法として従来の山登り法を組み合わせてもよい。遺伝的アルゴリズムから山登り法に切り替える判断基準は、たとえば、当初の受光強度の目標値の９０％を遺伝的アルゴリズムによって達成した時点などとすればよい。
【００６０】
なお、山登り法では、まず、一光軸方向に、所定の送りピッチで、光ファイバアレイ４２または光ファイバアレイ４３を導波路４１に対して相対移動し、移動したそれぞれの位置で光パワーメータ１２の受光強度を比較し、ピークの得られる位置を探索する。これを、Ｘ，Ｙ，θの三軸についてそれぞれ独立に同様の手順を受光強度が増加する限り繰り返す。また、この山登り法では、探索時間を短縮するために送りピッチを数段階に設定し、粗調整、微調整の順で行う方法もある。
【００６１】
以下に、上述の図６〜図１１の本実施の形態の位置合わせ（調芯）方法を適用した場合の実験結果について示す。この実験では、遺伝的アルゴリズムの集団の個体数は２０とした。この実験の結果、無調整では、光パワーメータではまったく光が検出されなかったが、本実施の形態の遺伝的アルゴリズムを用いた方法で調整を行ったところ、熟練者による調整で得られるパワーとまったく同等の値にまで光パワーが検出された。
【００６２】
図１２に、上述の実験中の世代中の最良個体（系列１）、最悪個体（系列３）、集団の平均値（系列２）の評価関数値Ｆと世代の関係を示す。遺伝的アルゴリズムの世代が進むにつれて、光軸が理想的な座標値に近づき、評価値が大きくなっていることがわかる。この実験により、本実施の形態の位置合わせ方法の有効性が確認出来た。
【００６３】
上述したように、本実施の形態の光軸調整方法では、入光側の光ファイバアレイ４２および受光側の光ファイバアレイ４３の光軸座標を、光パワーメータ１２で検出される通過光の光強度が最大となるように遺伝的アルゴリズムに従って探索する。従って、熟練者による精度の高い手動の調整を必要とすることなく、さらには局所的なピークにとらわれることなく短時間で光軸を自動的かつ並列的に調整することができる。このことは、たとえば導波路４１に対して複数の光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３を接続して構成される高機能の光モジュール等の生産工程において、作業性、生産性を著しく向上させることを意味する。
【００６４】
すなわち、高機能の光モジュールの生産ラインにおいては、複数光デバイスの接続に要する工程が、熟練者を必要とし、最も時間のかかる工程となっている場合が多い。そのため、本実施の形態の位置合わせ技術により短時間で自動調芯が可能となれば、高機能光モジュールが大量生産可能になり、製造コストも削減することが可能となる。
【００６５】
また、本実施の形態の位置合わせ技術の適用により、高機能光モジュールを構成する導波路４１、光ファイバアレイ４２、光ファイバアレイ４３等の各光デバイスの製造精度が従来よりも低くてもよい。例えば、光ファイバアレイ４２および光ファイバアレイ４３の光ファイバ４２ａおよび光ファイバ４３ａは接合端面の不完全性（端面に凸凹がある等）をさけるために、従来では、研磨機を用いて光ファイバの端面を精度良く研磨する必要があった。しかし、本実施の形態の位置合わせ技術を用いれば、ある程度端面が不完全であっても調芯が可能となるために、研磨のためのコストを削減できる。つまり、より単価の安い光部品を用いることが可能になり、高機能光モジュールのコストの削減につながる。
【００６６】
第２実施の形態：入光側の光ファイバアレイ４２を振動させる場合。
アルゴリズム：上記アルゴリズムとまったく同じである。つまり、計測した光パワーメータ１２のパワー値は、振動中の光パワーの平均値を示すことになるので、そのパワー値をそのまま評価関数Ｆ（適応度）の値として用いればよい。
【００６７】
そしてある程度高い適応度を示す染色体５０が現れたところで、光ファイバアレイ４２の振動を停止させて、従来の山登り法による調整に切り替えてやればよい。
このように光ファイバアレイ４２（または光ファイバアレイ４３）を振動させる方法は、特に、光ファイバ４２ａ（光ファイバ４３ａ）をｍ行×ｎ列のような二次元配列にした本数の多い構成の場合に位置合わせ（調芯）の所要時間の短縮の効果が大きい。
【００６８】
なお、上述の実施の形態では、確率的探索手法として遺伝的アルゴリズムを用いた。しかしながら、遺伝的アルゴリズムにおける適応度、つまり、光軸座標値が理想的な値にどのくらい近いかを表す評価関数Ｆにおいて、局所的な最適解の個数が少ない場合（おおむね一桁の個数）には、焼きなまし法とよばれるアルゴリズムを遺伝的アルゴリズムの代わりに用いることができる。また、局所的な最適解の個数が多い場合でも、遺伝的アルゴリズムと比較して調整の結果得られる性能は低下するが高速に探索することができる。
【００６９】
焼きなまし法の詳細は、例えば、ＪＯＨＮ ＷＩＬＥＹ ＆ ＳＯＮＳが１９８９年に出版した、Ｅ．Ａａｒｔｓ ａｎｄ Ｊ．Ｋｏｒｓｔ著の「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ
Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｎｄ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ Ｍａｃｈｉｎｅｓ」を参照されたい。焼きなまし法は、山登り法の一種であり、温度と呼ばれる制御パラメータによって、局所的な最適解に探索が捕らわれないような工夫を加えたものである。
なお、上述の説明では、３つの光学部品の二ヶ所の接続部位における光軸の位置合わせを行う場合を例示したが、これに限らず、二つの光学部品の二ヶ所の接続部位における光軸の位置合わせに適用することもできる。この例としては、たとえば、凹型の第１光学部品の凹部内に別の第２光学部品を嵌め込み、当該凹部内の第２光学部品を横切るように光路が設定されることで、第１および第２光学部品間で二ヶ所の位置合わせ箇所が生じる光学系が考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、光デバイスのみならず、光学機器（例えばコピー機、ＦＡＸ機、スキャナなど）の光軸合わせや、超微細加工（例えば半導体のリソグラフィにおけるステッパ）などの精密位置合わせにおいて、広く応用が期待される。これら精密位置合わせでの共通の課題として、位置合わせの自由度が増加している点にある。例えば、ある部品の位置を精密に合わせるために、ある軸方向（たとえば横方向）を調整したとすると、ナノメートルオーダの世界では、調整していない軸方向（たとえば縦方向）がわずかにずれてしまう。次に、ずれてしまったこの軸（縦方向）のみを調整しようとすると、今度は最初に調整した軸（横方向）がずれてしまう。結局、単純にみえる位置合わせも、ナノメートルオーダの世界では実は多くの自由度において一括して同時に調整を行う必要があり、非常に難しい問題である。このような同時調整に、本発明は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置の構成の一例を示す概念図。
【図２】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置の一部の構成の一例を示す斜視図。
【図３】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置の一部の構成の一例を示す概念図。
【図４】本発明の一実施の形態である位置合わせ技術が適用される位置合わせ対象物の一例を示す斜視図。
【図５】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置の作用の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置にて用いられる確率的探索手法の作用の一例を示すフローチャート。
【図７】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置にて用いられる確率的探索手法の作用の一例を示す概念図。
【図８】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置にて用いられる確率的探索手法の作用の一例を示すフローチャート。
【図９】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置にて用いられる確率的探索手法の作用の一例を示すフローチャート。
【図１０】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置にて用いられる確率的探索手法の作用の一例を示す概念図。
【図１１】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置にて用いられる確率的探索手法の作用の一例を示すフローチャート。
【図１２】本発明の一実施の形態である位置合わせ方法を実施する位置合わせ装置の硬化の一例を示す線図。
【符号の説明】
【００７２】
１０…位置合わせ制御部
１０ａ…媒体ドライブ
１０ｂ…微動制御信号
１１…光源部
１２…光パワーメータ
１２ａ…評価値
１３…第１微動制御部
１３ａ…駆動信号
１４…第２微動制御部
１４ａ…駆動信号
２０…位置合わせ機構部
２０ａ…ベース
２１…第１微動ステージ
２１ａ…手動Ｚ１軸
２１ｂ…スペーサ
２１ｃ…微動Ｘ１軸
２１ｄ…微動Ｙ１１軸
２１ｅ…微動Ｙ１２軸
２１ｆ…接触センサ
２１ｇ…精密平行ユニット
２１ｈ…θ軸部材
２１ｉ…ジョイント機構
２２…第２微動ステージ
２２ａ…手動Ｚ２軸
２２ｂ…手動Ｘ軸
２２ｃ…微動Ｘ２軸
２２ｄ…微動Ｙ２１軸
２２ｅ…微動Ｙ２２軸
２２ｆ…接触センサ
２２ｇ…精密平行ユニット
２２ｈ…θ軸部材
２２ｉ…ジョイント機構
２３…固定ブロック
３１…手動Ｚ１ダイヤル
３２…手動Ｚ２ダイヤル
３３…手動Ｘ２ダイヤル
４１…導波路
４２…光ファイバアレイ
４２ａ…光ファイバ
４２ｂ…コネクタ部
４３…光ファイバアレイ
４３ａ…光ファイバ
４３ｂ…コネクタ部
５０…染色体
６０…記録媒体
【図１】
2005031592.tif 000004
【図２】
2005031592.tif 000005
【図３】
2005031592.tif 000006
【図４】
2005031592.tif 000007
【図５】
2005031592.tif 000008
【図６】
2005031592.tif 000009
【図７】
2005031592.tif 000010
【図８】
2005031592.tif 000011
【図９】
2005031592.tif 000012
【図１０】
2005031592.tif 000013
【図１１】
2005031592.tif 000014
【図１２】
2005031592.tif 000015