(57)【要約】【課題】  本発明は、波長選択スイッチの組み立てにおいて、複数の円柱状のマイクロレンズを実装ベース上に所定のピッチで配列し固定する工程および装置に関する。微小なマイクロレンズを精度よく短時間で組み立てる。【解決手段】  ＵＶ光照射による接着剤の硬化収縮時の発熱量を低減させるため、ＵＶ硬化接着剤を塗布し、マイクロレンズを所定位置に設定した状態で、ＵＶ硬化接着剤に対して青色LEDを用いたＵＶ光源から光を照射する、さらに間欠的に照射する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長選択スイッチの組み立てにおける、複数の円柱状のマイクロレンズを実装ベース上に所定のピッチで配列し固定する工程において、
ＵＶ硬化接着剤を塗布し、マイクロレンズを所定位置に設定した状態で、ＵＶ硬化接着剤に対して青色LEDを用いたＵＶ光源から光を照射する
ことを特徴とするマイクロレンズ実装方法。
【請求項２】
波長選択スイッチの組み立てにおける、複数の円柱状のマイクロレンズを実装ベース上に所定のピッチで配列し固定する工程において、
ＵＶ硬化接着剤を塗布し、マイクロレンズを所定位置に設定した状態で、ＵＶ硬化接着剤に対してＵＶ光源から光を間欠的に照射する
ことを特徴とするマイクロレンズ実装方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロレンズ実装方法であって、
マイクロレンズに対する複数の方向からＵＶ硬化接着剤に対して光を照射し、かつマイクロレンズの配列位置とＵＶ光源との位置関係にかかわらず照射エネルギ量が同等になるように、ＵＶ光源の位置と照射方向とに応じて照射条件を調整する
ことを特徴とするマイクロレンズ実装方法。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の実装方法に用いるマイクロレンズ実装装置であって、
ＵＶ硬化接着剤を塗布する塗布手段と、
波長選択スイッチの光学系の焦点位置に設置するビームプロファイラと、
円柱状のマイクロレンズの側面を把持し、実装ベースの所定位置に設定するハンドと、
把持したマイクロレンズに入力光があるとき、ビームプロファイラの出力に応じて、ハンドの位置を微調整する手段と、
ＵＶ光を照射するＵＶ光源と、
を有することを特徴とするマイクロレンズ実装装置。
【請求項５】
請求項４に記載のマイクロレンズ実装装置であって、
ハンドのマイクロレンズを把持する部材のＵＶ光の当たる領域を、鏡面または反射面となるように形成してある
ことを特徴とするマイクロレンズ実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
第三世代の光ファイバ通信システム(マルチリング網)では、柔軟に経路変更ができ、かつ、遠隔操作が可能なデバイスである、波長選択スイッチ(WSS)が用いられる。
【０００２】
本発明は、波長選択スイッチ(WSS)の入出力ポート部に用いられるブロックの、複数個のマイクロレンズを一列に配列してアレイ状にする高精度実装方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
波長選択スイッチWSSは、LSI技術を応用して直径数百ミクロン程のマイクロミラーを多数並べたMEMSミラーを用い、マイクロミラーの傾斜角度或いは位置を変化させることにより光路を変えるMEMS方式が用いられ、大規模な光スイッチング用システムとして開発が進められている。
（MEMS：Micro Electro-Mechanical System）
図１に波長選択スイッチWSSの光学系の構成の概念図を、図２に波長選択スイッチの光学系の配置説明図を示す。
【０００４】
入力ポート(図２ではp0)からの広い波長帯域の入力光は、分光素子２０で波長ごとに分けられて、各波長がMEMSミラー４０の所定の位置に集光される。MEMSミラー４０で反射した光は、ミラーの角度を変えることにより、任意の出力ポート(図２ではp1〜p3)へ出力することができる。
【０００５】
図２(a)では、p2に出力する例を示す。このようにして、波長を任意に選択することが可能となる。
【０００６】
入出力ポートブロック１０には、複数個のマイクロレンズ１１がアレイ状に一列に配列されている。そして対応する位置に光ファイバ１４があり入力光、出力光が入出力される。これらの配列されたマイクロレンズ１１の位置および角度は精密でなければならない。位置、角度がずれていると、図２(b)に示すようにMEMSミラー４０へ入力した光を、必要とする出力ポートへ導くことができなくなる。マイクロレンズ１１の位置ずれまたは出射角度ずれ（マイクロレンズ位置ずれでも生じる）により、入力光がMEMSミラー上で集光位置ずれを生じ、帯域ずれの要因ともなる。また反射した光が出力ポートへ戻る時の光軸ずれなどの要因ともなり光量損失が起こる。
【０００７】
入出力ポートブロック１０は図２ないし図４に示されるように、石英製のマイクロレンズ実装ベース１２とセラミック製の光ファイバ配列ブロック１３とが張り合わせてあり、実装ベース１２にマイクロレンズ１１が精密に位置あわせして接着されている。
【０００８】
マイクロレンズ１１は、波長1.5μm帯の例では、直径1.5mm程度の円柱状であり先端が凸状、反対側の端面は平面状に形成されている。これを1.9mm程度のピッチで光ファイバ１４の光軸に合わせて接着しなければならない。しかし、マイクロレンズの光軸は物理的な中心軸にあるとは限らないし、平面の端面が物理的な中心軸と直交しているとは限らないため、機械的に軸あわせをすればよいというわけではなく、光ファイバ１４から光を入射させて焦点位置（MEMSミラー位置）に置いたビームプロファイラ４１でビーム径と位置とを観測しながら１個ずつ最適位置を設定する必要がある。
【０００９】
そのために波長選択スイッチWSSの組立では、マイクロレンズの位置および出射角度を高い精度で実装する技術が必須である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
マイクロレンズを接着するにはＵＶ光硬化型接着剤が用いられ、接着剤を硬化させるＵＶ光照射器にはハロゲンランプなどを用いていた。位置精度や角度精度が低下するのはＵＶ光照射時の熱によって接着剤の位置変動が起きること、およびそれによる応力歪が原因であることが分かっている。そのため、従来は、ＵＶ光照射時の熱による位置変動を抑制するために、発生光量そのものを低く抑えたり、照射距離を長くすることにより、照射光量を低くする、などの方策をとっていた。
【特許文献１】特開2003-183597号公報
【特許文献２】特開2004-87774号公報    これらは、紫外線硬化接着剤に平均照射強度が低い条件で紫外線を照射して低速で仮硬化／半硬化させ、位置あわせをした後、本硬化させることを開示している。
【００１１】
しかしＵＶ光硬化型接着剤を硬化させるには、所定値以上の光エネルギ量を照射することが必要であり、完全に接着硬化するためには照射時間を長くする必要がある。従来はマイクロレンズ１個当たり１時間程度かかっていたため、多数（12個程度）のマイクロレンズをもつWSS全体では接着時間が過大になる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ＵＶ光照射による接着剤の硬化収縮時の発熱量を低減させることが重要である。したがって、
(1)青色LEDを光源とするＵＶ光照射器を用いることにより、ＵＶ光硬化型接着剤で指定された波長領域を含む発光分布として硬化条件に合わせ、かつ熱線領域をなくす。
【００１３】
従来のハロゲンランプなどを用いたＵＶ光照射器に対して、同じ時間の照射でも熱量を下げ、かつ照射エネルギを高くできる。
(2)ＵＶ光の短時間照射と適度な休止とを繰り返して行う(間欠照射法)ことによって、ＵＶ照射時の発熱量を抑制する。すなわち温度変化に起因する光学デノドイスの位置変動を高精度に抑制する。
【００１４】
マイクロレンズを所定位置に接着固定する際に、ＵＶ光照射時間を短くすることによりマイクロレンズを把持する部材および接着剤の温度上昇を少なくし、休止時間を設けることにより冷却を行い、これを複数回繰り返して行うことにより、ＵＶ光硬化型接着剤の硬化に必要な照射エネルギを確保すると同時に、熱による硬化収縮時の位置変動を高精度に抑制する。最終的にはある程度の連続照射を加えてもよい。
(3)マイクロレンズに対して複数の方向（例：装置の治具の表裏）からＵＶ光を照射し、接着剤の硬化部分の均一化を図る。かつマイクロレンズの配列位置とＵＶ光源との位置、照射方向に起因して発生するＵＶ照射光のエネルギ分布を照射位置に応じて補正する。すなわち、照射光のエネルギ量が均等になるように発生光量や照射時間などの照射条件を制御する。
(4)以上のような方法を行うためのマイクロレンズ実装装置が必要である。すなわち、ＵＶ硬化接着剤を塗布する塗布手段と、波長選択スイッチの光学系の焦点位置に設置するビームプロファイラと、円柱状のマイクロレンズを把持し、所定位置に設定するハンドと、把持したマイクロレンズに入力光があるとき、ビームプロファイラの出力に応じて、ハンドの位置を微調整する手段と、ＵＶ光を照射するＵＶ光源とを備える。
(5)マイクロレンズ実装装置において、ハンドのマイクロレンズを把持する部材に線膨張係数の低いものを採用すればよいのは当然であるが、ＵＶ光の当たる領域を鏡面化または反射面となるように形成することにより蓄熱を低下させる。
(6)さらに、ハンドは、マイクロレンズの側面を挟むように両側に開閉し、かつ他との接触圧を検知する機構を備える。そして、マイクロレンズの接着面と実装ベースとの接触圧を一定に保つ。接着層の厚さ均一化により位置変動が少なくなる。
(7)また、ハンドは、実装ベース面とマイクロレンズの接着面とが平行となるようにチルト調整機構を具備する。
【発明の効果】
【００１５】
発熱を少なくし、温度上昇を抑え発散させることにより、熱による影響を軽減できる。またＵＶ光の均一的照射、接着層の厚さ均一化によって、接着剤の硬化の均一化が図れることによって、マイクロレンズの位置決め後の位置変動を抑制できる。その結果、マイクロレンズの位置精度を高く保って短時間に組み立てが可能になる。そして波長選択スイッチの組み立て時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施例１）
本発明のマイクロレンズ実装の説明図を図４に示す。
【００１７】
入出力ポートブロックは、マイクロレンズの実装ベース１２と、光ファイバ１４を装着する光ファイバ配列ブロック１３とが一体化され、波長選択スイッチのベース５１および治具５２に固定されている。これにマイクロレンズ１１をＵＶ光硬化型接着剤により接着する。
【００１８】
手順を図５により簡略に述べれば、
1.入出力ポートブロックと、波長選択スイッチの必要な他の構成要素を装置に設置し、ビームプロファイラをMEMSミラー位置に設定する(s1)。
2.ＵＶ光硬化型接着剤を所定位置に所定量塗布し(s2)、
3.ハンド（図示省略）にマイクロレンズを把持し所定位置に設定する(s3)。
4.光ファイバ１４から所定の光を入射し、分光素子２０、集光レンズ３０を通過した焦点位置に（ここには最終的にはMEMSミラーが置かれる）、代わりに置いたビームプロファイラ４１で観測したビーム径の大きさ、ビーム重心位置により(s4)、
5.ハンドを微調整してマイクロレンズの最適位置を決定する(s5)。
6.ＵＶ光照射器H1からＵＶ光を照射して硬化させる(s6)。
7.完全に硬化する時間照射したら、次のマイクロレンズの接着処理に移り、同様の処理を繰り返す。
【００１９】
ＵＶ光照射器の光源として青色ＬＥＤを採用する。一般的なＵＶ光硬化型接着剤ではλ=365nmを規定している。ＵＶ光照射器の光源を、この出射波長を得られる青色ＬＥＤとすることにより、ＵＶ光硬化型接着剤の硬化を促進でき、かつ熱発生に対する出射エネルギを大きくできるため、短時間でのＵＶ光硬化が可能となる。同時に、マイクロレンズやハンドの把持部材を加熱する赤外領域の波長を有する熱線成分を無くすことができる。
【００２０】
実験によれば、同一条件で照射しても従来のハロゲンランプに比べてマイクロレンズ実装領域内の発熱量を１／２程度に抑えることができた。そのため、熱による位置変動も抑制できる。
【００２１】
(実施例２)
本発明の他の実施例を示す。図４に示すような構成で、図５(b)に示すように、ＵＶ光を数秒間照射後に、数秒間休止を行うように制御する。
【００２２】
例：１０秒照射(s11)、１０秒休止(s12)を２分継続(s13)、その後２分連続照射(s14)
強いＵＶ光を間欠照射にすることで、ＵＶ光硬化型接着剤の硬化を促し、短時間の照射と、かつ休止期間の冷却効果により温度上昇を抑えることにより、熱膨張による影響、および硬化収縮（歪または残存応力）の影響が低減できるため、位置決め後の位置変動も抑制でき、さらにハンドでマイクロレンズを把持した状態から開放しても、位置変動を最小限の変化に抑えることが可能である。
【００２３】
図６にＵＶ光照射開始からの経過時間と位置変動との関係を示す。連続してＵＶ光を照射した場合は、図６(b)に示すように熱歪、残存応力などの影響で位置変動が大きく、また把持しているハンドを開放すると、さらに応力などの開放も伴い、大きく位置変動を生じてしまう結果となった。
【００２４】
間欠照射の場合は図６(a)に示すように、変動は少ない。
【００２５】
（実施例３）
マイクロレンズに対して多方向からＵＶ光を照射すればＵＶ光硬化型接着剤の硬化がより均等化し安定する。したがって位置変動も抑制される。
【００２６】
ＵＶ光照射器の設置には制約があるので、ここではマイクロレンズの両側にＵＶ光照射器を設置し、両側から照射する。図４に示すように、マイクロレンズ１１を一列に配列する入出力ポート部材を挟んで、表側のＵＶ光照射器H1と裏側のＵＶ光照射器H2とで両側からＵＶ光を照射する。
【００２７】
ここで、表側のＵＶ光照射器H1は設置場所に制約が少ないので、マイクロレンズ１１の位置に対応して移動させる、あるいは複数設置することができるので一定の照射光強度とすることができる。
【００２８】
それに対して裏面側のＵＶ光照射器H2は、波長選択スイッチの構造部分５１や治具５２などとの関係から中心部への照射位置に固定されることになる。ＵＶ光照射器から放出されるＵＶ光は発散光であるため、マイクロレンズ列の端側へ行くほど距離が長くなりＵＶ照射光量が減衰する。特に、装置の治具の裏側に設置したＵＶ光照射器H2は設置位置の制約が大きいため、この影響が大きい。図７に示すように、裏面側の照射光強度はマイクロレンズのポート位置によって異なる分布を有することになる。
【００２９】
しかし、これはＵＶ光エネルギの積算量でカバーできるため、ＵＶ光エネルギを各々の位置によって照射条件（光量、時間、間歇／連続照射の組み合わせ割合）を変えることで補償することができる。
【００３０】
特に発光強度、照射時間を変更することにより、各々のマイクロレンズの位置において照射エネルギのバラツキを無くすることができる。
【００３１】
（実施例４）
本発明に適応するマイクロレンズを把持するハンド６０を図８、図９に示す。開閉方式にはエアーチャックを用いており、マイクロレンズへの挟み込み力は圧縮空気圧力でコントロールしている。
【００３２】
マイクロレンズを把持するハンド６０の材料は、従来では剛性を得るためにステンレス系など鉄系を多用するケースが多い。しかし蓄熱しやすく、さらにステンレスでは熱伝導率が悪く、放熱性に影響が大きい。ハンド６０は、低線膨張係数の材料、たとえばインバーまたはコバールなど用いることも可能である。しかし、これらの材料は高価、かつ加工性が悪いなどの欠点がある。通常のステンレス材であっても表面を鏡面化して反射面にすることで、ＵＶ光が吸収されずに反射されるため、温度上昇の抑制効果が期待できる。
【００３３】
ＬＥＤ光源、間欠照射に加えて、ハンド材料を低線膨張係数の材料を用いる、またステンレス材であっても表面を鏡面に近い状態に維持できれば、さらに位置変動の抑制効果が期待できる。
【００３４】
ハンド６０のマイクロレンズ１１を把持する部分は、互いにマイクロレンズ側面を挟み込むように開閉する機構とし、実装時のハンドリングを向上させる。かつ図８(b)に示すように斜め４５度方向から順次実装すれば狭ピッチでも対応できる。
【００３５】
(実施例５)
ハンド６０は、ハンドの根元近くに歪ゲージ６１を備える。マイクロレンズ把持可否、および実装ベース面への接触検知および加圧検知が可能である。
【００３６】
歪ゲージ６１によって実装ベース部材への押し付け力がモニタできることから、接着層の厚さのバラツキによる収縮のバラツキの影響が低減できる。また押し付け力をモニタすることで、把持の開放時点を判断でき、位置変動の抑制も可能となる。
【００３７】
両側に開放するハンドを用いて、微小なマイクロレンズを狭小ピッチで実装する本マイクロレンズ実装装置では、光学的センサで検知できるようなレベルでないこと、また拡大機構など付加することを避けることなどから、微小なハンド移動でも検知できる構成として、ハンド６０に歪ゲージ６１を貼り付け、マイクロレンズを把持した時の歪ゲージ出力を検知し、把持の可否を判断することを可能にした。なお、感度を高めるため、図９(a)に示すようにハンドの表裏両面に貼り付けてある。その検出用ブリッジ回路例を図９(b)に示す。
【００３８】
ハンド６０に把持されたマイクロレンズ１１は、高さ方向が個々にバラツクため、実装ベース１２の表面に接触させて歪ゲージ６１により微少な歪を検知して、マイクロレンズ各々のレンズについて高さ方向を一定化する。
【００３９】
またチルト機構を備え（図示せず）、図１０に示すようにマイクロレンズ１１を把持してマイクロレンズ１１の接着面と実装ベース１２の被接着面との平行性を合わせる。実装開始前に計測した実装ベース１２の被接着面とマイクロレンズ１１の接着面との平行度を合わせる事で、接着層の厚さの均一化が可能となり、またこれにより、均一な接着層を維持でき、ＵＶ光照射時の硬化収縮が不均一になる影響を低減できる。
【００４０】
また図示していないが、実装ベース１２は側面を研磨し、かつマイクロレンズ配列面との直交度を高めてあり、実装過程でオートコリメータを用いることにより平行化を実施する。
【００４１】
以上の実施例１〜５を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
波長選択スイッチの組み立てにおける、複数の円柱状のマイクロレンズを実装ベース上に所定のピッチで配列し固定する工程において、
ＵＶ硬化接着剤を塗布し、マイクロレンズを所定位置に設定した状態で、ＵＶ硬化接着剤に対して青色LEDを用いたＵＶ光源から光を照射する
ことを特徴とするマイクロレンズ実装方法。
（付記２）
波長選択スイッチの組み立てにおける、複数の円柱状のマイクロレンズを実装ベース上に所定のピッチで配列し固定する工程において、
ＵＶ硬化接着剤を塗布し、マイクロレンズを所定位置に設定した状態で、ＵＶ硬化接着剤に対してＵＶ光源から光を間欠的に照射する
ことを特徴とするマイクロレンズ実装方法。
（付記３)
付記１または２に記載のマイクロレンズ実装方法であって、
マイクロレンズに対する複数の方向からＵＶ硬化接着剤に対して光を照射し、かつマイクロレンズの配列位置とＵＶ光源との位置関係にかかわらず照射エネルギ量が同等になるように、ＵＶ光源の位置と照射方向とに応じて照射条件を調整する
ことを特徴とするマイクロレンズ実装方法。
（付記４）
付記１ないし３に記載の実装方法に用いるマイクロレンズ実装装置であって、
ＵＶ硬化接着剤を塗布する塗布手段と、
波長選択スイッチの光学系の焦点位置に設置するビームプロファイラと、
円柱状のマイクロレンズの側面を把持し、実装ベースの所定位置に設定するハンドと、
把持したマイクロレンズに入力光があるとき、ビームプロファイラの出力に応じて、ハンドの位置を微調整する手段と、
ＵＶ光を照射するＵＶ光源と、
を有することを特徴とするマイクロレンズ実装装置。
（付記５）
付記４に記載のマイクロレンズ実装装置であって、
ハンドのマイクロレンズを把持する部材のＵＶ光の当たる領域を、鏡面または反射面となるように形成してある
ことを特徴とするマイクロレンズ実装装置。
（付記６）
付記４または付記５に記載のマイクロレンズ実装装置であって、
マイクロレンズを把持した状態で、他との接触圧を検出する手段を備えたハンドと、
マイクロレンズの接着面と実装ベースの被接着面との接触圧を一定に保つよう制御する制御手段と
を有することを特徴とするマイクロレンズ実装装置。
（付記７）
付記６に記載のマイクロレンズ実装装置であって、
ハンドは、マイクロレンズの側面を挟むように把持するものであり、マイクロレンズの接着面と実装ベースの被接着面とを概略平行とすることが可能なチルト調整機構を有する
ことを特徴とするマイクロレンズ実装装置。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】WSS光学系の構成
【図２】WSS光学系の配置の説明図
【図３】WSS光学系の位置調整の説明図
【図４】マイクロレンズ実装の説明図
【図５】マイクロレンズ実装の手順を示すフローチャート
【図６】UV光照射後の経過時間と位置変動の関係
【図７】マイクロレンズのポート位置における照射光強度
【図８】ハンド構成図
【図９】ハンドと歪ゲージの構成図
【図１０】接触検知と接触圧検出
【符号の説明】
【００４３】
１０    入出力ポートブロック
１１    マイクロレンズ
１２    実装ベース
１３    光ファイバ配列ブロック
１４    光ファイバ
２０    分光素子
３０    集光レンズ
４０    MEMSミラー
４１    ビームプロファイラ
５１    波長選択スイッチの構造部分
５２    治具
６０    ハンド
６１    歪ゲージ
【図１】
2007328177.tif 000003
【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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【図７】
2007328177.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007328177.tif 000011
【図１０】
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