(57)【要約】      （修正有）【課題】電気的サブアセンブリに対して光学的サブアセンブリを受動的に位置合わせするための方法を提供する。【解決手段】マシンビジョンシステムが、ある光学的サブアセンブリを、ある電気的サブアセンブリに対して位置付け、該マシンビジョンシステムが、該光学的サブアセンブリの画像をキャプチャし、該マシンビジョンシステムが、該画像を処理して、該光学的サブアセンブリ上に形成されたアライメントメンバを識別し、及び、該アライメントメンバの第２の位置に基づいて、該マシンビジョンシステムが、該光学的サブアセンブリの光軸の第１の位置を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的サブアセンブリを電気的サブアセンブリに対して受動的に位置合わせするための方法であって、
マシンビジョンシステムが、ある光学的サブアセンブリを、ある電気的サブアセンブリに対して位置付け、
前記マシンビジョンシステムが、前記光学的サブアセンブリの画像をキャプチャし、
前記マシンビジョンシステムが、前記画像を処理して、前記光学的サブアセンブリ上に形成されたアライメントメンバを識別し、及び、
前記アライメントメンバの第２の位置に基づいて、前記マシンビジョンシステムが、前記光学的サブアセンブリの光軸の第１の位置を決定する
ことを含む、方法。
【請求項２】
前記光学的サブアセンブリの前記光軸の前記第１の位置が、前記電気的サブアセンブリに位置合わせされているかどうかを、前記マシンビジョンシステムが決定する
ことを更に含むことからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光軸の前記第１の位置が、前記電気的サブアセンブリに所定閾値内において位置合わせされていない場合には、前記光学的サブアセンブリと前記電気的サブアセンブリとを互いに対して前記マシンビジョンシステムが再配置する
ことを更に含むことからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光軸の前記第１の位置が、前記電気的サブアセンブリに位置合わせされている場合には、前記光学的サブアセンブリと前記電気的サブアセンブリとを前記マシンビジョンシステムが結合する
ことを更に含むことからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
概して円形の成形レンズを、前記光学的サブアセンブリが含むことからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記成形レンズと前記アライメントメンバとが、同じ材料から形成されることからなる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記アライメントメンバと前記成形レンズとが、レプリケーションか又はトランスファー成形方法のうちの一方によって前記光学的サブアセンブリ内に形成されることからなる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記成形レンズの周辺に隣接して前記成形レンズの前記光軸に対して配置された同心壁、同心トレンチ、及び同心格子のうちの１つを前記アライメントメンバが含むことからなる、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
一対の同心ブロックメンバが、長方形のブロックメンバと、湾曲したブロックメンバとのうちの一方を含むことからなる、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
あるデバイスに対する光学構成要素の受動光学アライメントを提供するためのマシンビジョンシステムであって、
ある光学構成要素を、該光学構成要素が光学的に位置合わせされることとなるあるデバイスに対して位置付けるための位置付けシステムと、
前記光学構成要素の画像をキャプチャするためのカメラと、
前記カメラ及び前記位置付けシステムと伝達し合う状態にあるコンピュータ
とを備え、
前記コンピュータは、プロセッサと、メモリと、メモリ内に格納されて該プロセッサにより実行される受動アレイメント制御モジュールとを含み、該受動アレイメント制御モジュールが、
前記カメラによってキャプチャされた前記光学構成要素の表面の画像を受け取り、
前記画像を処理して、前記光学構成要素の前記表面上に形成されたアライメントメンバを識別し、及び、
前記アライメントメンバの第２の位置に基づいて、前記光学構成要素の前記光軸の第１の位置を計算する
ことのための命令を含むことからなる、マシンビジョンシステム。
【請求項１１】
前記光学構成要素の前記光軸の前記第１の位置が、前記デバイスに光学的に位置合わせされているかどうかを決定するための命令を、前記受動アレイメント制御モジュールが更に含むことからなる、請求項１０に記載のマシンビジョンシステム。
【請求項１２】
前記画像を処理して、前記アライメントメンバを識別することが、一対の並列な長方形ブロックを識別することを含み、及び、
前記光軸の前記第１の位置を計算することが、前記一対の並列な長方形ブロックの中間点を計算することを含むことからなる、請求項１０に記載のマシンビジョンシステム。
【請求項１３】
前記画像を処理して、前記アライメントメンバを識別することが、円形メンバを識別することを含み、及び、
前記光軸の前記第１の位置を計算することが、前記円形メンバの中心点を計算することことを含むことからなる、請求項１０に記載のマシンビジョンシステム。
【請求項１４】
電気的サブアセンブリに対する受動的な光学アライメントのための光学的サブアセンブリであって、
表面を有した基板と、
前記表面上に形成された概して円形の成形レンズであって、光軸を有する成形レンズと、
前記成形レンズと同じ材料から前記表面上に形成された１つか又は複数のアライメントメンバであって、前記成形レンズの前記光軸に対して同心円状に配置された、１つか又は複数のアライメントメンバ
とを備える、光学的サブアセンブリ。
【請求項１５】
前記成形レンズが、レンズアレイを含み、及び、前記１つか又は複数のアライメントメンバが、レプリケーションか又はトランスファー成形方法のうちの一方によって形成されることからなる、請求項１４に記載の光学的サブアセンブリ。
【請求項１６】
前記表面から突き出た同心壁を、前記１つか又は複数のアライメントメンバが含む、請求項１４に記載の光学的サブアセンブリ。
【請求項１７】
前記成形レンズに隣接した同心トレンチを、前記１つか又は複数のアライメントメンバが含む、請求項１４に記載の光学的サブアセンブリ。
【請求項１８】
前記表面上にエッチングされた同心格子を、前記１つか又は複数のアライメントメンバが含む、請求項１４に記載の光学的サブアセンブリ。
【請求項１９】
一対の同心ブロックメンバを、前記１つか又は複数のアライメントメンバが含む、請求項１４に記載の光学的サブアセンブリ。
【請求項２０】
前記一対の同心ブロックメンバが、長方形のブロックメンバと、湾曲したブロックメンバとのうちの一方を含む、請求項１９に記載の光学的サブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
光学的な構成要素と電気的な構成要素との間の正確な位置合わせ（アライメント）は、トランシーバか又は他の装置などの様々なデバイスの製造において重要である。例えば、典型的なトランシーバは、光学的サブアセンブリに位置合わせされる電気的サブアセンブリを備える。該電気的サブアセンブリは、一般に、光学的サブアセンブリに対して光学信号を送受するための光素子（複数可）（例えば、レーザ、検出器、光ダイオードなど）を含む。該光学的サブアセンブリは、一般に、光素子と、トランシーバに対して接続され得る光ファイバとの間において光学信号を結合させるための光学レンズを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
電気的サブアセンブリと光学的サブアセンブリとを位置合わせするための２つの一般的な製造方法が存在する。それらはすなわち、能動アライメントと受動アライメントである。能動アライメントでは、例えば、電気的サブアセンブリ上のレーザがアクティブ状態にあり、最大限の光結合を達成するために光レシーバ電流が監視されている時に、典型的には水平方向プレーン内において（すなわち、光路に対して垂直に）、光学素子（例えば、光検出器、レンズアセンブリ、光ファイバなど）が動かされる。アライメントが最適化され且つ光結合目標が達成された後に、個々の構成要素が機械的に固定されて、アライメントが維持される。この手順により、それら光学素子の正確なアライメントが可能になる。しかしながら、実現するためには、高価な専用設備と、複雑なアルゴリズム／ソフトウェアとが必要とされる。追加的には、受動アライメントと比較した時には、１つの能動アライメントを実行する時間がより長い。それに対して、受動アライメント手順は、マルチステップのアライメントプロセスであり、該アライメントプロセスは、レーザ及び光検出器のようなどの光素子もターンオンさせること無く実施される。各ステップにおいて、ある構成要素が選ばれて（picked）、配置されて（placed）、認可された許容誤差と共に、その設計した位置に機械的に固定される。従って、個々の構成要素配置精度によって、アライメント全体が決定される。受動アライメントは、改善された収益と、低減されたコストとを含む、能動アライメント方法を上まわる幾つかの利点を提供するが、能動アライメント方法ほどの精度（正確さ）を提供しない。
【０００３】
従って、光学構成要素の受動アライメントを提供するための改善された製造解決策のための技術の必要性が残ったままである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
光学構成要素の受動アライメントを提供するためのマシンビジョン（機械視覚）システム、方法、及びデバイスにおける様々な実施形態が開示される。一実施形態は、ある光学的サブアセンブリをある電気的なサブアセンブリに受動的に位置合わせするための一方法である。そのような一方法は、マシンビジョンシステムが、ある光学的サブアセンブリを、ある電気的サブアセンブリに対して位置付け、該マシンビジョンシステムが、該光学的サブアセンブリの画像をキャプチャし、該マシンビジョンシステムが、該画像を処理して、該光学的サブアセンブリ上に形成されたアライメントメンバを識別し、及び、該マシンビジョンシステムが、該アライメントメンバの第２の位置に基づいて、該光学的サブアセンブリの光軸の第１の位置を決定する、ことを含む。
【０００５】
別の実施形態は、光学構成要素の受動光学アライメントをデバイスに対して提供するためのマシンビジョンシステムである。１つのそのようなマシンビジョンシステムは、位置付けシステムと、カメラと、コンピュータとを備える。該位置付けシステムは、光学構成要素をあるデバイスに対して位置付けて、該光学構成要素が該デバイスに光学的に位置合わせされることとなるようにする。前記カメラは、該光学構成要素の画像をキャプチャする。前記コンピュータは、該カメラ及び該位置付けシステムと伝達し合う状態にあり、プロセッサと、メモリと、（メモリ内に格納されて該プロセッサによって実行される）受動アライメント制御モジュールとを備える。前記カメラによってキャプチャされた前記光学構成要素の表面の画像を受け取り、該光学構成要素の該表面上に形成されたアライメントメンバを識別するために該画像を処理し、及び、該アライメントメンバの第２の位置に基づいて、該光学構成要素の光軸の第１の位置を計算する、ことのための命令を前記受動アライメント制御モジュールが含む。
【０００６】
更なる一実施形態は、電気的サブアセンブリに対する受動光学アライメントのための光学的サブアセンブリである。１つのそのような光学的サブアセンブリは、ある表面を含む基板と、該表面上に形成された概して円形の成形レンズであって、光軸を有する成形レンズと、該成形レンズと同じ材料から該表面上に形成された１つか又は複数のアライメントメンバとを備える。該アライメントメンバは、該成形レンズの該光軸に対して同心円状に位置付けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】専用光学的サブアセンブリを電気的サブアセンブリに受動的に位置合わせするためのマシンビジョンシステムの一実施形態のブロック図を示す図である。
【図２ａ】図１の光学的サブアセンブリの一実施形態の断面図を示す図である。該光学的サブアセンブリ内において、アライメントメンバは、一対の長方形ブロックを含む。
【図２ｂ】図２ａの光学的サブアセンブリの上面図を示す図である。
【図３】光学的サブアセンブリの別の実施形態の上面図を示す図である。該光学的サブアセンブリにおいて、アライメントメンバは、一対の同心の湾曲したブロックを含む。
【図４】光学的サブアセンブリの別の実施形態の上面図を示す図である。該光学的サブアセンブリにおいて、アライメントメンバは、同心壁を含む。
【図５】光学的サブアセンブリの別の実施形態の上面図を示す図である。該光学的サブアセンブリにおいて、アライメントメンバは、同心トレンチにより形成される。
【図６】図１のマシンビジョンシステムの一実施形態のアーキテクチャ、動作、及び／又は機能（機能性）を表すフローチャートを示す図である。
【実施例】
【０００８】
詳細な説明
光学構成要素における改善された受動アライメントを提供するためのマシンビジョンシステム、方法、及びデバイスの様々な実施形態が開示されている。ある電気的サブアセンブリ１０８（又は他の電気的構成要素又はデバイス）に対してある光学的サブアセンブリ１０６（又は他の光学構成要素又はデバイス）を受動的に位置合わせするのための１つの例示的な製造環境の一実施形態を図１が示す。マシンビジョンシステム１００は、画像キャプチャシステム（例えば、カメラ１０２）及び位置付けシステム１０４と伝達し合う状態にあるコンピュータシステムを有するアセンブリマシンを概して含む。マシンビジョンシステム１０２の例示的な実施形態は、ＳＵＳＳマイクロテックＡＧによってか又は他のそのようなシステムによって製造されたアセンブリマシンを含む。
【０００９】
コンピュータシステムは、プロセッサ１１０と、メモリ１１２と、位置付けシステム１０４及びカメラ１０２とインターフェースするための１つか又は複数の入力／出力デバイスとを備える。当該技術分野において周知であるように、位置付けシステム１０４には、１つか又は複数のピックアンドプレース（pick-and-place）装置か、作動アームか、モーター付きステージか、或いは、メモリ１１２内に格納された受動アライメント制御モジュール（複数可）１１４及び画像処理モジュール（複数可）１１６に従って光学的サブアセンブリ１０６及び／又は電気的サブアセンブリ１０６の機械的な位置付けを提供する他のデバイス（図１内において、参照ライン１０４ａ及び１０４ｂによって表されている）を含めることができる。これに関して、当然のことながら、受動アライメント制御モジュール（複数可）１１４及び画像処理モジュール（複数可）１１６は、コンピュータ命令、論理、などを含み、それらは、プロセッサ１１８によって実行され得る。
【００１０】
当業者であれば、受動アライメント制御モジュール（複数可）１１４及び画像処理モジュール（複数可）１１６（及び本明細書内において記載された任意の関連付けられた又は他のモジュールか、動作か、又は機能性）は、ソフトウェアか、ハードウェアか、ファームウェアか、又はこれらの組み合わせにおいて実現され得るということが理解されよう。図１の実施形態において、メモリ１１８内において格納され、且つ適合可能な命令実行システム（例えば、プロセッサ（複数可）１１８）によって実行されるソフトウェアか又はファームウェアにおいて、論理が実現される。ソフトウェアか又はファームウェアの実施形態において、任意の適合可能なコンピュータ言語において論理が書かれ得る。ハードウェア実施形態において、当該技術分野において周知である以下の技術（すなわち、データ信号上の論理機能を実現するための論理ゲートを有したディスクリートな論理回路（複数可）、適切な組み合わせ論理ゲートを有した特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル・ゲートアレイ（複数可）（ＰＧＡ）、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、などの技術）か又は他の技術の任意のか又は組み合わせにより論理が実現され得る。  
【００１１】
マシンビジョンシステム１００、受動アライメント制御モジュール（複数可）１１４、及び画像処理モジュール（複数可）１１６の動作は、図６を参照して後述される。図２〜図５を参照すると、当然のことながら、マシンビジョンシステム１００により改善された受動アライメントは、光学的サブアセンブリ１０６上に受動アライメントメンバ（複数可）の様々な実施形態を組み込むことにより達成され得る。図２ａ及び図２ｂ内に示される実施形態において、光学的サブアセンブリ２００には、表面２０４を有した概して平面的な基板２００を含めることができ、光軸２０８を有する光学レンズ２０６と、一対の受動アライメントブロック２１０ａ及び２１０ｂとが、該表面上において形成されている。光学レンズ２０６と、アライメントブロック２１０ａ及び２１０ｂとは、例えば、Ｕｌｔｅｍ１０１０か、ポリカーボネートか、又は（（例えば、レプリケーション及びトランスファー成形方法などの）任意の所望の成形方法を用いた）他の材料などの同じ材料から形成され得る。光学レンズ２０６は、周辺エッジ２１２を画定するように表面２０４から延在する概して円形の成形レンズ（又はレンズアレイ）とすることができる。光軸２０８は、光学レンズ２０６の中心に実質的に配置されている。
【００１２】
既存の解決法は、カメラ１０２を介して光学レンズ２０６の画像をキャプチャすることによって受動アライメントを提供する。既存のマシンビジョンシステムは、該キャプチャした画像を処理して、周辺エッジ２１２を識別して、光学レンズ２０６の中心（すなわち、光軸２０８の位置）を計算することによって、光軸２０８の位置を計算する。光学レンズ２０８の構造、材料、及び／又は曲率（又は湾曲）に起因して、周辺エッジ２１２が、該キャップチャした画像内においてぼやける（又は不鮮明な）場合があり、このことが、周辺エッジ２１２を位置を決定することにおいて、従って、光軸２０８の位置を決定することにおいて、望ましくないマージンのエラー（例えば、１０〜２０ミクロン）を生み出す場合がある。
【００１３】
キャプチャした画像内の光軸２０８の位置をより正確に決定するために、周辺エッジ２１２に隣接してアライメントブロック２１０ａ及び２１０ｂが形成され得る。図２ｂに内に示されているように、アライメントブロック２１０ａ及び２１０ｂは、概して長方形とすることができ、それぞれの長軸２１４ａ及び２１４ｂを有している。該長軸２１４ａ及び２１４ｂは、光軸２０８から同じ距離（ｄ１＝ｄ２）に配置されている。アライメントブロック２１０ａ及び２１０ｂは、良好に画定されたエッジと共に表面２０４から延在することができ、該エッジは、マシンビジョンシステム１００によってキャプチャした画像内においてより正確に識別され得る。この手法において、ぼやけた（又は不鮮明な）周辺エッジ２１２ではなく、良好に画定されたアライメントメンバ（複数可）の位置に基づいて、光軸２０８の位置が正確に決定され得る。
【００１４】
一実施形態において、アライメントブロック２１０ａ及び２１０ｂは、精度を更に改善するために、キャプチャした画像内においてより容易に検出される材料から形成され得る。他の実施形態において、アライメントブロック２１０ａ及び２１０ｂは、光学レンズ２０６と同じ材料からか又は他の材料から形成され得り、及び／又は、光学レンズ２０６と同じ成形ステップ中に（又は別のステップで）形成され得る。当然のことながら、任意の所望の受動アライメントメンバ（複数可）、材料、及び成形方法を用いることができ、そのことは、受動アライメントメンバ（複数可）の検出された位置に基づいて光軸２０８の更に正確な計算を可能にする。
【００１５】
受動アライメントメンバ（複数可）の様々な代替の実施形態が、図３〜図５内に示されており、それらには、類似の材料を含めることができ、及び、それらを上述の手法において形成することができる。図４の実施形態において、受動アライメントメンバ（複数可）は、表面２０４上に形成された同心壁４０２を備える。同心壁４０２と光学レンズ２０６は、同一の場所に配置された中心（それぞれ半径４０６、４０４によって表されている）を有することができ、それら中心は、光軸２０８の位置に配置される。図３は、別の実施形態を示しており、該実施形態において、同心壁４０２の一部が、省かれて、同一の場所に配置された中心（半径３０６、及び３０８によって表されている）を有した一対の湾曲した同心ブロック３０２ａ及び３０２ｂが画定されている。更なる一実施形態において、図５内に示されるように、同心構造には、表面２０４内に形成された同心トレンチ５０２を含めることができる。
【００１６】
図６は、図１のマシンビジョンシステムの一実施形態のアーキテクチャ、動作、及び／又は機能性（又は機能）を示す。受動アライメントメンバ（複数可）の特定の構成とは無関係に、ブロック６０２において、位置付けシステム１０４は、電気的サブアセンブリに対して、光学的サブアセンブリ（例えば、光学的サブアセンブリ１０６、２００、３００、４００、及び５００か、又は他の光学構成要素）を位置付ける。ブロック６０４において、カメラ１０２は、受動アライメントメンバ（複数可）を含む表面２０４の画像をキャプチャする。ブロック６０６において、コンピュータシステムは、そのキャップチャした画像を受け取る。任意の所望のアルゴリズムを用いて、画像処理モジュール（複数可）１１６が、該キャプチャした画像を処理し、及び、該受動アライメントメンバ（複数可）を識別する。ブロック６０８において、光軸２０８の位置が、該受動アライメントメンバ（複数可）のジオメトリと、光軸２０８に対する事前に画定された関係とに基づいて決定され得る。例えば、図２ａ及び図２ｂの実施形態において、光軸２０８の位置は、２つのアライメントブロック２１０ａと２１０ｂとの間の中心点を計算することによって決定され得る。図３〜図５の実施形態において、光軸２０８の位置は、同心メンバ（複数可）の中心を計算することによって決定され得る。
【００１７】
決定ブロック６１０において、受動アライメント制御モジュール（複数可）１１４が、光軸２０８の計算した位置が、電気的なアセンブリ１０８に対して適正に位置合わせされているかどうかを決定する。適正に位置合わせされている場合には（例えば、エラーが許容可能マージン内にある場合には）、光学的サブアセンブリ１０６は、電気的サブアセンブリ１０８に対して（ブロック６１２において）結合され得るか別様には取り付けられ得る。適正に位置合わせされていない場合には、ブロック６１４において、該位置付けシステム１０４は、計算されたミスアライメントに基づいて、光学的サブアセンブリ１０６及び／又は電気的サブアセンブリ１０８を再配置（又は再位置付け）することができる。ブロック６０４、６０６、６０８、及び６１０のうちの１つか又は複数は、適正なアライメント（位置合わせ）が達成されるまで繰り返され得る。
【００１８】
当然のことながら、上記のフローチャートか又はブロック図に関連付けられた１つか又は複数のプロセスか又は方法の記載（記述）が、モジュールか、セグメントか、論理か、或いは、（該プロセス内の論理機能か又はステップを実現するための１つか又は複数の実行可能命令を含む）コードの一部を、表すことが可能である。更に、当然のことながら、論理機能は、ソフトウェアか、ハードウェアか、ファームウェアか、又はこれらの任意の組み合わせにおいて実現され得る。ある実施形態において、論理機能を、メモリ内か又は不揮発性メモリ内に格納されているソフトウェアか又はファームウェアにおいて実現することができ、該ソフトウェアか又はファームウェアは、ハードウェア（例えば、マイクロコントローラ）によってか、或いは任意の他のプロセッサ（複数可）によってか、或いはマシンビジョンシステム１００に関連付けられた適合可能な命令実行システムによって実行される。更に、コンピュータベースのシステムか、プロセッサを含んでいるシステムか、又は（命令実行システムか、装置か、又はデバイスからの命令をフェッチして該命令を実行することが可能な、マシンビジョンシステム１００に関連付けられた）他のシステムなどの該命令実行システムか、装置か、又はデバイスによってか或いはこれらに関連して用いられるための任意のコンピュータ可読媒体内において、論理機能が具現化され得る。
【００１９】
本発明の原理及びコンセプトのデモンストレーションを行う目的のために、１つか又は複数の例示的な或いは記載された実施形態に関連して本開示が提示されているということに留意すべきである。本発明は、これらの実施形態に限定されない。当業者によって理解されるであろうように、本明細書内に提供された説明を考慮して、本明細書内に記載された実施形態に対して多くの変形形態が成され得り、及び、全てのそのような変形形態は、本発明の範囲内におけるものである。例えば、本明細書内において記載されたプライベートサポートグループ機能（又は機能性）は、任意のソーシャルネットワーキングコンテキスト内において実現され得る。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【外国語明細書】
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