JP4537591B2 - 光軸合わせ装置および光軸合わせ方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバーや光学レンズ等の光学部品の光軸合わせに用いられる光軸合わせ装置と光軸合わせ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光ファイバーを用いた通信技術が広く普及しつつある。ここで、光ファイバーを用いた長距離信号伝送を行うためには、光ファイバーどうしの接合損失が小さくなるように、光ファイバー部品の光軸合わせを行って光ファイバー部品どうしを溶接等して連結する必要がある。
【0003】
このような光ファイバー部品の光軸合わせ、例えば、2個の光ファイバー部品の光軸合わせは、モータ駆動型で多自由度を有するステージの先端に各ファイバー部品を固定し、このステージを移動させることで2個の光ファイバー部品の光軸合わせを行う。具体的には、2個の光ファイバー部品を所定の微小間隔ほど離隔して、2個の光ファイバー部品を通過する光量を測定しながらステージの片方または両方を移動し、2個の光ファイバー部品を通過する光量が最大となる位置を探索してその位置において2個の光ファイバー部品を面合わせして溶接等し、2個の光ファイバー部品を固定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光軸合わせ方法を用いた場合には、光ファイバー部品どうしを離隔した状態で光軸合わせを行い、その後に面合わせを行うために、光ファイバー部品を移動させる際に微小な位置ずれを起こす可能性があり、光ファイバー部品間の接合損失を最小限に抑えることは困難である。このため、光ファイバー部品の光軸合わせは、光ファイバー部品どうしを面合わせした状態で行うことが好ましいが、従来の光軸合わせ装置では、面合わせされて面摩擦が存在している2個の光ファイバー部品を一定の力で相対移動させようとすると、接触面の間にスティックスリップ現象が発生して、光ファイバー部品を安定して微小移動させることが困難であった。
【0005】
また、従来の光軸合わせ装置では、光ファイバー部品の接合面が傾いていた場合には、接合面どうしが確実に面合わせされるように光ファイバー部品の角度を変化させなければならないが、このような角度調節機構は接合面の角度を微細に調節できることが必要であり、このため角度調節機構の構造が複雑となって光軸合わせ装置が大型化する問題がある。また、この場合には、光軸合わせ装置自体も高価なものとなる。
【0006】
本発明はこのような従来技術が有する問題点に鑑みてなされたものであり、光学部品の面合わせを簡単な機構を用いて容易に行うことができ、また、光学部品を面合わせした状態で光軸合わせを行うことができる光軸合わせ装置と光軸合わせ方法を提供することを目的とする。また、本発明は、安価な光軸合わせ装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、光学部品間の溶接等による接合を容易に行うことができる光軸合わせ装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を用いた光軸合わせ装置であって、第1の光学部品を把持する第1の把持手段と、前記第1の光学部品と当接する第2の光学部品を把持する第2の把持手段と、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品との間に所定の摩擦力が生ずるように前記第1の把持手段を押圧する押圧機構と、圧電素子を有し、前記圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を利用して前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の光軸が合うように前記第1の光学部品と前記第2の光学部品と前記第1の把持手段と前記第2の把持手段の少なくとも1つを打叩対象として打叩するアクチュエータと、を具備することを特徴とする光軸合わせ装置、が提供される。
【0008】
また、本発明によれば、圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を用いた光軸合わせ装置であって、
第1の光学部品を把持する第1の把持手段と、前記第1の把持手段を載置する支持台と、前記第1の光学部品と当接する第2の光学部品を把持する第2の把持手段と、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品との間に所定の摩擦力が生ずるように前記第2の把持手段を押圧する押圧機構と、前記第2の把持手段と前記押圧機構との間または前記第1の把持手段と前記支持台との間のいずれか一方に設けられ、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品を面合わせされた状態で保持するあおり機構と、圧電素子を有し、前記圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を利用して前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の光軸が合うように前記第1の光学部品と前記第2の光学部品と前記第1の把持手段と前記第2の把持手段の少なくとも1つを打叩対象として打叩し、前記打叩対象の位置を移動させるアクチュエータと、を具備することを特徴とする光軸合わせ装置、が提供される。
【0009】
さらに本発明によれば、複数の光学部品の光軸合わせを行う方法であって、
複数の光学部品が互いに面合わせされるようにあおり機構を用い、かつ、前記あおり機構に所定の予圧を印加して前記複数の光学部品を摩擦保持する第1工程と、前記複数の光学部品の光軸を通過する光量を計測しながら前記複数の光学部品の光軸を通過する光量が大きくなるように、圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を利用して前記複数の光学部品の少なくとも1つを打叩し、前記光学部品が摩擦保持された状態を維持しながら前記打叩された光学部品の位置を移動させる第2工程と、を有することを特徴とする光軸合わせ方法、が提供される。
【0010】
このような光軸合わせ装置および光軸合わせ方法によれば、光学部品どうしを面合わせした状態で光軸合わせを行うことができることから、従来の光学部品どうしを微小距離ほど離隔した状態で光軸合わせを行い、その後に面合わせを行う場合と比較して、より高精度な光軸合わせを短時間で行うことが可能となる。また、光学部品間の面合わせは簡単な機構を用いて容易に行うことができるために、装置構造を簡単なものとして、小型化することが容易である。さらに、光軸合わせが終了した状態では光学部品間が摩擦保持されていることから、その状態において溶接等して光学部品を接合することを容易に行うことができる。
【0011】
本発明の光軸合わせ装置においては、押圧機構により印加される圧力によって光学部品どうしを押し合わせたときに生ずる推力を利用してあおり機構を動作させることで、光学部品どうしの面合わせを行うことができる。また、打叩対象を打叩することであおり機構を動作させることによっても、光学部品どうしの面合わせおよび光軸合わせを行うことが可能である。
【0012】
アクチュエータは、打叩対象1個あたり一平面において直交するX方向とY方向の各方向に打叩対象を挟んで2個ずつ配設することが好ましく、これにより打叩対象の二次元的移動が可能となって光軸合わせの精度を高めることが可能となる。このとき、打叩対象をガイドによってX方向にのみ移動可能なX方向ステージとY方向にのみ移動可能なY方向ステージとからなるX−Yステージに固定して、アクチュエータをX方向とY方向の各方向において打叩対象を挟んで2個ずつ配設するか、および/または、X方向ステージを挟んでX方向に2個配設し、かつ、Y方向ステージを挟んでY方向に2個配設した構造とすることも好ましい。この場合には、複数のアクチュエータのうちの1個を動作させることによって打叩対象を純粋にX方向またはY方向に移動させることができるため、移動精度を高めることが可能となる。
【0013】
なお、光学部品を回転させることができる回転機構を設けて、光学部品どうしの光軸を合わせが終了した後に光学部品どうしを複数箇所で溶接し、その後に回転機構を動作させて光学部品どうしの全体的な溶接を行うと、互いの光軸が合っている状態で光学部品どうしを接合することができる。
【0014】
アクチュエータは、急峻な伸縮によって衝撃的な慣性力を発生する圧電素子と、打叩対象に接して打叩対象に衝撃的な慣性力を加える先端部材部と、先端部材部が打叩対象に押圧されるように先端部材部および圧電素子を押圧する予圧機構とから好適に構成される。アクチュエータの先端部材部に好適に用いられる材料としては、ステンレスまたは超硬材を挙げることができる。先端部材部と圧電素子との間に重りを設け、圧電素子に発生する衝撃的な慣性力を増大させることも好ましく、この重りは先端部材部と一体的に設けてもよい。
【0015】
なお、アクチュエータとして、急峻な伸縮によって衝撃的な慣性力を発生し、伸縮方向の一端が打叩対象に固定された圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の他端に設けられた重りからなるものを用いることにより、圧電素子を伸縮させたときに重りによって生ずる衝撃的な慣性力によって打叩対象を所定方向に移動させることも可能である。本発明の光軸合わせ装置において取り扱うことができる光学部品の数は2個以上であれば制限はないが、具体的には、2個または3個の光学部品の光軸合わせに好適に用いられる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は光軸合わせ装置10の外観を示す斜視図であり、光軸合わせ装置10は、2個の光学部品14・15と、光学部品14を把持するチャック13と、光学部品15を把持するチャック16と、チャック13を保持するユニバーサルジョイント12と、ユニバーサルジョイント12を保持するジョイント保持部材11と、チャック16を載置する載置台17と、載置台17が固定された回転ステージ19と、X方向において光学部品15を挟んで配置された2個のアクチュエータ18A・18Bと、Y方向において光学部品15を挟んで配置された2個のアクチュエータ18C・18Dとを有しており、アクチュエータ18A〜18Dはそれぞれヘッド(先端部材部)51cと、圧電素子51bと、エアーシリンダ51aとから構成されている。なお、アクチュエータ18A〜18Dは、図示しない保持部材によって保持されている。
【0017】
ジョイント保持部材11には、図示しないバネまたはエアーシリンダ等の押圧機構によって下方の部材に所定の圧力が掛かるように予圧が掛けられている。ユニバーサルジョイント12はあおり機構の一形態であり、ユニバーサルジョイント12はチャック13の保持角度を変えることが可能である。チャック13は光学部品14を把持しており、またチャック16は光学部品15を把持しているが、これらのチャック13・16における把持角度は変化しない。光学部品14・15間は、ジョイント保持部材11が押圧されることで摩擦保持されており、チャック16もまた載置台17に摩擦保持されている。
【0018】
なお、光学部品14・15にはそれぞれ図示しない光ファイバーケーブルが取り付けられ、これらの光ファイバーケーブルが発光部と受光部を有する光量測定器に接続されて、光学部品14・15を通過する光量を測定することができるようになっている。従って、光学部品14・15の光軸が合っていない状態では光学部品14・15の通過光量は小さく、この通過光量が大きくなるように光学部品14・15の光軸合わせが行われる。
【0019】
アクチュエータ18A〜18Dを構成するヘッド51cは、圧電素子51bに発生する衝撃的な慣性力(以下「インパクト力」という)を確実に光学部品15に印加でき、また、圧電素子51bに発生するインパクト力の大きさを増大することができるように、超硬やステンレス鋼等の金属を用いて形成されている。圧電素子51bとしては、積層型圧電素子が好適に用いられ、その伸縮方向はアクチュエータ18A〜18Dの長手方向(アクチュエータ18A・18BについてはX方向、アクチュエータ18C・18DについてはY方向)に一致する。エアーシリンダ51aはヘッド51cが光学部品15に当接するように圧電素子51bとヘッド51cを所定の圧力で光学部品15に押圧するが、この押圧力によっては光学部品15が移動することがないように、押圧力および光学部品15の摩擦保持力が調節されている。
【0020】
このように構成された光軸合わせ装置10を用いた光学部品14・15の光軸合わせは、先ず、チャック16に光学部品15を把持させてチャック16を載置台17の所定位置に載置し、また、光学部品14を把持したチャック13をユニバーサルジョイント12に取り付け、ジョイント保持部材11に圧力を印加して、光学部品14と光学部品15が面接触するように押圧する。
【0021】
ここで、光学部品15の端面に対して光学部品14の端面が傾斜していた場合には、光学部品14の一部が光学部品15の端面に接触した後に、光学部品14を光学部品15に向けて押圧する推力によって光学部品14の端面が光学部品15の端面と平行となるようにユニバーサルジョイント12が動作する。こうして、光学部品14・15間の面合わせが行われるが、この状態においては、光軸は合っていない場合が殆どである。
【0022】
次に、光学部品15を打叩(打撃)することができるように、アクチュエータ18A〜18Dを配置する。光学部品14・15が面合わせされ、かつ、摩擦保持された状態において、合計4個のアクチュエータ18A〜18Dのうちの1個を動作させて光学部品15を打叩し、光学部品14・15間の通過光量を測定しながら光学部品15の位置をチャック16とともにずらす。例えば、アクチュエータ18Cを用いて、そのエアーシリンダ51aによってヘッド51cを光学部品15に押圧した状態で、圧電素子51bに矩形波(台形波)電圧等の電圧の立ち上がりが速い電圧パルスを印加し、圧電素子51bに急峻な伸縮変位を起こさせて、このときに発生するインパクト力で光学部品15を瞬間的に打叩する。
【0023】
このように光学部品15を瞬間的に打叩することで、光学部品14と面接触して摩擦保持された状態のまま光学部品15を少しずつスライドさせることが可能となる。逆にいえば、光学部品14と面接触して摩擦保持された状態の光学部品15にエアーシリンダ51aや圧電素子51bを徐々に変位させて静的な押圧力を加えた場合には、その押圧力が摩擦保持力を過ぎた時点で急激に光学部品15が大きくスライド移動してしまうために、光軸合わせ行うことができない。
【0024】
アクチュエータ18Cを用いて光学部品15を打叩することで、光学部品14・15の通過光量が一旦増大し、その後に減少した場合には、打叩するアクチュエータをアクチュエータ18Dに切り替えて、光学部品14・15の通過光量が最大となる位置にまで光学部品15を打叩してスライドさせる。一方、アクチュエータ18Cを用いて光学部品15を打叩することで、光学部品14・15の通過光量が徐々に減少する場合には、打叩するアクチュエータをアクチュエータ18Dに切り替えて、光学部品14・15の通過光量が最大となる位置を探し、その位置を通過したら再びアクチュエータ18Cを用いて、光学部品14・15の通過光量が最大となる位置にまで光学部品15を打叩してスライドさせる。
【0025】
こうして、Y方向における光軸合わせが終了した後には、アクチュエータ18C・18Dを用いた光軸合わせと同様の方法を用いて、X方向における光軸合わせをアクチュエータ18A・18Bを用いて行うことで光軸合わせが終了する。なお、上記方法では光学部品15を打叩したが、チャック16が光学部品15とともにスライドすることから、チャック16を打叩しても構わない。
【0026】
上述のようにして光学部品14・15の光軸合わせが終了した後には、アクチュエータ18A〜18Dを退避させて、光学部品14・15を溶接するための溶接装置、例えば、YAGレーザ溶接装置を光軸合わせ装置10にセットし、光学部品14・15の接触面の少なくとも一部を溶接して光学部品14・15間の位置ずれが起こらないようにする。その後に、回転ステージ19を回転させて光学部品14・15の接触面全体的について溶接を行えば、光軸が合い、接合損失が最小となる光学部品14・15の接合が可能となる。なお、光学部品14・15の全体的な溶接作業は、例えば、チャック13による光学部品14の把持を解除した状態で行うことも可能である。
【0027】
次に、本発明の別の実施の形態について図2を参照しながら説明する。図2は光軸合わせ装置20の構造を示した斜視図であり、光軸合わせ装置20は、2個の光学部品14・15と、光学部品14を把持するチャック13と、光学部品15を把持するチャック16と、チャック13を保持するユニバーサルジョイント12と、ユニバーサルジョイント12を保持するジョイント保持部材11と、チャック16を固定し、Y方向にスライド可能なスライドステージ27と、スライドステージ27を載置し、X方向にスライド可能なスライドステージ28と、スライドステージ28を載置する固定ステージ29と、を有している。
【0028】
また、2個のアクチュエータ21A・21BがX方向において光学部品14を挟んで配置され、また、Y方向において2個のアクチュエータ21C・21Dが光学部品14を挟んで配置されており、さらに、Y方向においてスライドステージ27をスライドさせるためのアクチュエータ22A・22Bと、X方向においてスライドステージ28をスライドさせるためのアクチュエータ23A・23Bが配設されている。アクチュエータ21A〜21D・22A・22B・23A・23Bは光軸合わせ装置10に用いられているアクチュエータ18A〜18Dと同等の構造を有しており、それぞれヘッド(先端部材部)51cと、圧電素子51bと、エアーシリンダ51aとから構成されている。
【0029】
なお、ジョイント保持部材11には、図示しないバネまたはエアーシリンダ等の押圧機構によって下方の部材に所定の圧力が掛かるように予圧が掛けられており、アクチュエータ21A〜21D・22A・22B・23A・23Bは図示しない保持部材により保持されている。
【0030】
光軸合わせ装置20が前記光軸合わせ装置10と比較して異なる第一点は、光学部品14を打叩することでユニバーサルジョイント12におけるあおり調節を行うことができるようになっていることである。ユニバーサルジョイント12は適度な剛性を有しており、チャック13に所定値より大きい力が掛からない限り、現状のあおり状態を保持することができるようになっている。光学部品14を打叩した場合には光学部品14に加えられたインパクト力によってユニバーサルジョイント12のあおり状態を変化させ、光学部品14の姿勢を制御してより精密な光軸合わせを行うことが可能となる。
【0031】
すなわち、前記光軸合わせ装置10においては、ジョイント保持部材11を押圧した際に光学部品14・15間に生ずる推力のみを用いてユニバーサルジョイント12を動作させて光学部品14・15間の面合わせを行っていたために、例えば、光学部品14・15の接触面の面粗さ等に起因して面合わせを良好に行うことができない事態の発生も予想されるが、光軸合わせ装置20では、光学部品14と光学部品15との端面の面合わせを確実に行うことが可能となる。
【0032】
第二点は、チャック16がスライドステージ27に固定されているためにスライドステージ27上をスライドすることができない反面、スライドステージ27をY方向にのみ移動することができ、またX方向にスライドステージ28をスライドさせることで、チャック16とスライドステージ27を同時にX方向にのみスライドさせることができる点である。このような動作を実現するために、スライドステージ27とスライドステージ28との間には図示しないY方向リニアガイドが設けられ、また、スライドステージ28と固定ステージ29との間には図示しないX方向リニアガイドが設けられている。なお、光軸合わせ装置10と同様に、光学部品14・15を回転させるために、固定ステージ29の下部に回転ステージを設けることも好ましい。
【0033】
光軸合わせ装置20における光軸合わせは、アクチュエータ21A〜21Dを用いて光学部品14またはチャック13を打叩して、摩擦保持されているユニバーサルジョイント12をあおらせて光学部品14のあおりを調節し、光学部品15との面合わせを行う。ジョイント保持部材11には常に押圧力が印加されていることから、あおり角度の変化は、光学部品14と光学部品15に当接した状態で行われる。
【0034】
光学部品14のあおり角度の調節が終了したら、例えば、スライドステージ27をアクチュエータ22A・22Bを用いて打叩して光学部品15をY方向にのみ移動させ、またはスライドステージ28をアクチュエータ23A・23Bを用いて打叩することで光学部品15をX方向にのみ移動させて、光軸合わせを行う。
【0035】
ここで、光軸合わせ装置10の場合には、アクチュエータ18A〜18Dのいずれかを用いて光学部品15を打叩して光学部品15をスライドさせたが、このときにはアクチュエータ18A・18Bを用いた場合に光学部品15は必ずしもX方向にのみスライドするとは限らず、主にX方向に移動しながらもY方向にずれて移動し、また、アクチュエータ18C・18Dを用いた場合に光学部品15は必ずしもY方向にのみスライドするとは限らず、主にY方向に移動しながらもX方向にずれて移動する場合が起こり得たが、光軸合わせ装置20では、確実にX方向またはY方向にのみ光学部品15を移動させることができることから、位置決め精度が向上する。
【0036】
なお、光学部品15の移動は、光学部品14・15を通過する光量を測定しながら、スライドステージ27をY方向へスライドさせてY方向における最適位置を決定した後にスライドステージ28をX方向へスライドさせてX方向における最適位置を決定する方法、またはこうして位置合わせする方向の順番を逆とした方法や、光学部品14・15を通過する光量を測定しながら、予め測定された光学部品14・15の最大通過光量に近づくように、適宜、アクチュエータ22A・22B・23A・23Bから適切なものを選択して駆動して光軸合わせを行う方法のいずれを用いてもよい。
【0037】
光学部品14・15の光軸合わせが終了したら、アクチュエータ21A〜21D・22A・22B・23A・23Bを退避させて、YAGレーザ溶接機等を用いて光学部品14・15を接合する。固定ステージ29が回転ステージ上に保持されている場合には、先に説明した光軸合わせ装置10の場合と同様にして光学部品14・15間の接合を行うことができる。こうして、光軸合わせ装置10を用いた場合よりも、より高精度な光軸合わせと光学部品14・15間の接合を行うことができる。
【0038】
次に、本発明のさらに別の実施の形態である光軸合わせ装置30の斜視図を図3に示す。光軸合わせ装置30は、光学部品14・15・35と、光学部品14を把持するチャック13と、光学部品15を把持するチャック16と、光学部品35を把持するチャック36と、チャック13を保持するユニバーサルジョイント12と、ユニバーサルジョイント12を保持するジョイント保持部材11と、チャック16を載置する載置台17と、ユニバーサルジョイント12を挟むようにX方向とY方向に配置された4個のアクチュエータ31A〜31Dと、光学部品14を挟むようにX方向とY方向に配置された4個のアクチュエータ32A〜32Dと、光学部品15を挟むようにX方向とY方向に配置された4個のアクチュエータ33A〜33Dとを有しており、アクチュエータ31A〜31D・32A〜32D・33A〜33Dは、前記したアクチュエータ18と同等の構造を有している。
【0039】
なお、ジョイント保持部材11には、図示しないバネまたはエアーシリンダ等の押圧機構によって下方の部材に所定の圧力が掛かるように予圧が掛けられており、また、アクチュエータ31A〜31D・32A〜32D・33A〜33Dは図示しない保持部材により保持されている。
【0040】
光軸合わせ装置30は、先に説明した光軸合わせ装置10における光学部品14・15間に光学部品35を配置して、この光学部品35をチャック36により固定し、また、光学部品14に対してアクチュエータ32A〜32Dを配置し、ユニバーサルジョイント12に対してもアクチュエータ31A〜31Dを配設した構造を有している。
【0041】
さらに、光軸合わせ装置10においてはユニバーサルジョイント12はジョイント保持部材11に固定されていたが、光軸合わせ装置30においては、ユニバーサルジョイント12はジョイント保持部材11に印加される押圧力によって生ずる摩擦保持力を利用して摩擦保持されている。このため、ジョイント保持部材11の位置を固定した状態でユニバーサルジョイント12の位置をアクチュエータ31A〜31Dを駆動させることにより移動させることが可能となっている。なお、ユニバーサルジョイント12は適度な剛性を有しており、また、チャック13に所定値より大きい力が掛からない限り、現状のあおり状態を保持することができるようになっている。
【0042】
光学部品35についてはその位置が移動しないように、ジョイント保持部材11に押圧力を印加して光学部品14・35間および光学部品35・15間に摩擦力保持力が作用した後には、チャック36によって固定保持される。また、光学部品14をアクチュエータ32A〜32Dを用いて打叩することにより摩擦保持されているユニバーサルジョイント12をあおらせて光学部品14のあおりを調節し、光学部品35との面合わせが行われる。なお、光学部品35に対する光学部品15の光軸合わせはアクチュエータ33A〜33Dを用いて行われるが、ここで光学部品35は固定されていることから、光学部品35・15間の光軸合わせは、アクチュエータ33A〜33Dを駆動して、光学部品15をチャック16とともに載置台17上をスライドさせることで行われる。
【0043】
このような光軸合わせ装置30においては、光学部品14・15・35の通過光量を測定しながら、(1)アクチュエータ31A〜31Dを用いてユニバーサルジョイント12をジョイント保持部材11の下面に沿って移動させ、光学部品14をX方向とY方向に移動させること、(2)アクチュエータ32A〜32Dを用いて光学部品14を打叩し、ユニバーサルジョイント12をあおらせて光学部品14のあおり角度を調節すること、(3)アクチュエータ33A〜33Dを用いて光学部品15またはチャック16を打叩し、光学部品15およびチャック16をX−Y面内でスライド移動させること、の3つの動作を協調して行うことで光軸合わせを行うことができる。
【0044】
次に、本発明のさらに別の実施の形態である光軸合わせ装置40の斜視図を図4に示す。光軸合わせ装置40は、2個の光学部品14・15と、光学部品14を把持するチャック13と、光学部品15を把持するチャック16と、チャック13を保持するユニバーサルジョイント12と、ユニバーサルジョイント12を保持するジョイント保持部材11と、チャック16を載置する載置台17と、載置台17が固定された回転ステージ19と、X方向においてチャック16を挟んで配置された2個のアクチュエータ41A・41Bと、Y方向においてチャック16を挟んで配置された2個のアクチュエータ41C・41Dとを有している。
【0045】
アクチュエータ41A〜41Dはそれぞれ圧電素子52bと重り52aから構成され、圧電素子52bの伸縮方向の一端はチャック16に固定され、他端に重り52aが固定されている。なお、光軸合わせ装置10と同様に、ジョイント保持部材11には、図示しないバネまたはエアーシリンダ等の押圧機構によって下方の部材に所定の圧力が掛かるように予圧が掛けられており、光学部品14・15間はジョイント保持部材11が押圧されることで摩擦保持されており、チャック16もまた載置台17に摩擦保持されている。
【0046】
光軸合わせ装置40におけるチャック16の移動原理について、アクチュエータ41Aを用いた場合を例として以下に説明する。最初に、アクチュエータ41Aを駆動してチャック16をアクチュエータ41Aからアクチュエータ41Bに向かう方向(以下「−X方向」という)へ移動させるには、圧電素子52bに立ち上がりの速い電圧を印加して圧電素子を急峻に伸長させ、重り52aの慣性力の働きでチャック16に−X方向に向く衝撃的な慣性力を働かせてチャック16を−X方向に移動させる。
【0047】
続いて、圧電素子52bが元の長さに収縮するように圧電素子52bに印加された電圧の立ち下げを行うが、このとき、圧電素子52bの収縮によってチャック16にはアクチュエータ41Bからアクチュエータ41Aへ向かう方向(以下「+X方向」という)に慣性力が働く。このチャック16に働く+X方向の慣性力の大きさは圧電素子52bの収縮速度に依存しており、圧電素子52bに印加された電圧の立ち下げ速度を遅くして圧電素子52bの収縮をゆっくりと行うと、チャック16に働く+X方向の慣性力の大きさを小さくすることができる。
【0048】
従って、伸長した圧電素子52bを元の長さに戻す際に、チャック16と載置台17との間に働いている摩擦力の大きさがチャック16に働く+X方向の慣性力の大きさよりも大きくなるように、チャック16と載置台17との間の摩擦力を大きくするか、または、圧電素子52bに印加された電圧の立ち下げ速度を遅くするかすることにより、チャック16を+X方向に移動させることなく、圧電素子52bを元の状態に戻すことができる。このように、立ち上がりが速く立ち下がりの遅い電圧パルスを圧電素子52bに印加することによって、チャック16を−X方向に移動させることが可能となり、このような電圧パルスを連続的に圧電素子52bに印加することで、連続的にチャック16を−X方向に移動させることができる。
【0049】
一方、アクチュエータ41Aを用いてチャック16を+X方向に移動させる場合には、最初に圧電素子52bに立ち上がりの遅い電圧を印加することによって圧電素子52bをゆっくりと伸長させる。このとき、重り52aの慣性力によってチャック16に−X方向に向く力が働くが、ここで、チャック16と載置台17との間に働いている摩擦力の大きさがチャック16に働く−X方向の力の大きさよりも大きくなるようにチャック16と載置台17との間の摩擦力を大きくするか、または、圧電素子52bに印加される電圧の立ち上がり速度を遅くするかすることにより、チャック16を−X方向に移動させることなく圧電素子52bを伸長させることが可能となる。
【0050】
続いて、圧電素子52bが急峻に元の長さに収縮するように、圧電素子52bに印加された電圧の立ち下がりを速くすると、圧電素子52bの急峻な収縮によってチャック16には+X方向に衝撃的な慣性力が働き、チャック16を+X方向に移動させることができる。つまり、圧電素子52bに立ち上がりが遅く立ち下がりの速い電圧パルスを印加することで、チャック16を+X方向に移動させることができ、このような電圧パルスを連続的に圧電素子52bに印加することで、連続的にチャック16を+X方向に移動させることができる。
【0051】
このように、アクチュエータ41Aの圧電素子52bに印加する電圧パルスの波形を選択することによって、チャック16を−X方向または+X方向に移動させることが可能となる。このような駆動方法はアクチュエータ41B〜41Dにも適用され、アクチュエータ41Bを用いてチャック16を−X方向または+X方向に移動させ、また、アクチュエータ41Cを用いてチャック16をアクチュエータ41Cからアクチュエータ41Dに向かう方向(以下「−Y方向」という)またはアクチュエータ41Dからアクチュエータ41Cに向かう方向(以下「+Y方向」という)に移動させ、さらにアクチュエータ41Dを用いてチャック16を−Y方向または+Y方向に移動させることができる。
【0052】
光軸合わせ装置40のように、チャック16を挟んでX方向にアクチュエータ41A・41Bを配し、Y方向にアクチュエータ41C・41Dを配した場合には、立ち上がりが速く立ち下がりの遅い電圧パルスをアクチュエータ41A〜41Dの駆動に適用した場合には、アクチュエータ41Aではチャック16を−X方向へ、アクチュエータ41Bではチャック16を+X方向へ、アクチュエータ41Cではチャック16を−Y方向へ、アクチュエータ41Dではチャック16を+Y方向へ、それぞれ移動させることができる。
【0053】
また、立ち上がりが遅く立ち下がりの速い電圧パルスをアクチュエータ41A〜41Dの駆動に適用した場合には、アクチュエータ41Aではチャック16を+X方向へ、アクチュエータ41Bではチャック16を−X方向へ、アクチュエータ41Cではチャック16を+Y方向へ、アクチュエータ41Dではチャック16を−Y方向へ、それぞれ移動させることができ、こうして、チャック16およびチャック16に把持された光学部品15の位置を移動させて、光学部品14・15間の光軸合わせを行うことができる。
【0054】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明が上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、接合される光学部品は2個または3個に限られず、3個以上であっても構わない。また、光軸合わせ装置30においては、光軸合わせ装置10と同様に載置台17を回転ステージ19上に配置することが可能であり、これにより光学部品14・35間の溶接および光学部品15・35間の溶接を容易に行うことが可能となる。
【0055】
さらに、光軸合わせ装置30において、載置台17の代わりに光軸合わせ装置20に用いられているスライドステージ27・28と固定ステージ29を用いることもでき、固定ステージ29を回転ステージ上に保持することも好ましい。このような構成においては、アクチュエータ33A〜33Dは光学部品15を打叩するために用いるのではなく、アクチュエータ33A・33Bをスライドステージ28をスライド移動させるために用い、アクチュエータ33C・33Dをスライドステージ27をスライド移動させるために用いればよい。
【0056】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の光軸合わせ装置および光軸合わせ方法によれば、光学部品どうしが面合わせされ、摩擦保持された状態で光軸合わせを行うことができることから、従来の光学部品どうしの離隔と当接を繰り返して行う場合と比較して、より高精度で接合損失の小さい光軸合わせを短時間で行うことが可能となるという優れた効果が得られる。また、光学部品どうしの面合わせはユニバーサルジョイント等の簡単な機構を用いて容易に行うことができるために、装置構造を簡単なものとして小型化することが容易であり、このことは光軸合わせ装置を安価に提供することをも可能とする。さらに、光軸合わせが終了した状態では光学部品どうしが摩擦保持されていることから、その状態において光学部品どうしを溶接等して接合することを容易に行うことができるという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光軸合わせ装置の一実施形態を示す斜視図。
【図2】本発明の光軸合わせ装置の別の実施形態を示す斜視図。
【図3】本発明の光軸合わせ装置のさらに別の実施形態を示す斜視図。
【図4】本発明の光軸合わせ装置のさらに別の実施形態を示す斜視図。
【符号の説明】
10;光軸合わせ装置
11;ジョイント保持部材
12;ユニバーサルジョイント
13・16;チャック
14・15;光学部品
17;載置台
18A〜18D;アクチュエータ
19;回転ステージ
20;光軸合わせ装置
21A〜21D・22A・22B・23A・23B;アクチュエータ
27・28;スライドステージ
29;固定ステージ
30;光軸合わせ装置
31A〜31D・32A〜32D・33A〜33D;アクチュエータ
35;光学部品
36;チャック
40;光軸合わせ装置
41A〜41D;アクチュエータ
52a;重り
52b;圧電素子
Claims (14)
- 圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を用いた光軸合わせ装置であって、
第1の光学部品を把持する第1の把持手段と、
前記第1の光学部品と当接する第2の光学部品を把持する第2の把持手段と、
前記第1の光学部品と前記第2の光学部品との間に所定の摩擦力が生ずるように前記第1の把持手段を押圧する押圧機構と、
圧電素子を有し、前記圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を利用して前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の光軸が合うように前記第1の光学部品と前記第2の光学部品と前記第1の把持手段と前記第2の把持手段の少なくとも1つを打叩対象として打叩するアクチュエータと、
を具備することを特徴とする光軸合わせ装置。 - 圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を用いた光軸合わせ装置であって、
第1の光学部品を把持する第1の把持手段と、
前記第1の把持手段を載置する支持台と、
前記第1の光学部品と当接する第2の光学部品を把持する第2の把持手段と、
前記第1の光学部品と前記第2の光学部品との間に所定の摩擦力が生ずるように前記第2の把持手段を押圧する押圧機構と、
前記第2の把持手段と前記押圧機構との間または前記第1の把持手段と前記支持台との間のいずれか一方に設けられ、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品を面合わせされた状態で保持するあおり機構と、
圧電素子を有し、前記圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を利用して前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の光軸が合うように前記第1の光学部品と前記第2の光学部品と前記第1の把持手段と前記第2の把持手段の少なくとも1つを打叩対象として打叩し、前記打叩対象の位置を移動させるアクチュエータと、
を具備することを特徴とする光軸合わせ装置。 - 前記押圧機構により印加される圧力によって前記第1の光学部品と前記第2の光学部品を押し合わせたときに生ずる推力を利用して前記あおり機構を動作させ、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の面合わせが行われることを特徴とする請求項2に記載の光軸合わせ装置。
- 前記打叩対象を打叩することで前記あおり機構を動作させ、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の面合わせおよび光軸合わせが行われることを特徴とする請求項2に記載の光軸合わせ装置。
- 前記アクチュエータは前記打叩対象1個あたり一平面において直交するX方向とY方向の各方向において前記打叩対象を挟んで2個ずつ配設され、前記アクチュエータを駆動することによって前記打叩対象の二次元的移動が可能であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光軸合わせ装置。
- 前記打叩対象はガイドによってX方向にのみ移動可能なX方向ステージとY方向にのみ移動可能なY方向ステージとからなるX−Yステージに固定され、
前記アクチュエータは、X方向とY方向の各方向において前記打叩対象を挟んで2個ずつ配設され、および/または、前記X方向ステージを挟んでX方向に2個配設され、かつ、前記Y方向ステージを挟んでY方向に2個配設され、
前記アクチュエータのいずれか1個を動作させることにより、前記打叩対象をX方向またはY方向のいずれか一方にのみ移動させることが可能であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光軸合わせ装置。 - 前記第1の光学部品と前記第2の光学部品を回転させることができる回転機構を具備し、
前記第1の光学部品と前記第2の光学部品とを溶接する溶接手段を用いて、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の光軸合わせが終了した後に前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の複数箇所を溶接するために前記回転機構を動作させて前記第1の光学部品と前記第2の光学部品の全体的な溶接を行うことが可能となって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項に記載の光軸合わせ装置。 - 前記アクチュエータは、
急峻な伸縮によって衝撃的な慣性力を発生する圧電素子と、
前記打叩対象に接して前記打叩対象に前記衝撃的な慣性力を加える先端部材部と、
前記先端部材部が前記打叩対象に押圧されるように前記先端部材部および前記圧電素子を押圧する予圧機構と、
を有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項に記載の光軸合わせ装置。 - 前記先端部材部は、ステンレスまたは超硬材からなることを特徴とする請求項8に記載の光軸合わせ装置。
- 前記先端部材部と前記圧電素子との間に重りを設け、前記圧電素子の急峻な伸縮によって前記圧電素子に発生する衝撃的な慣性力を増大させて前記打叩対象を打叩することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の光軸合わせ装置。
- 前記アクチュエータは、
急峻な伸縮によって衝撃的な慣性力を発生し、伸縮方向の一端が前記打叩対象に固定された圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮方向の他端に設けられた重りと、
を有し、
前記圧電素子を伸縮させたときには前記重りによって生ずる衝撃的な慣性力によって前記打叩対象を所定方向に移動させ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項に記載の光軸合わせ装置。 - 前記第1の光学部品と前記第2の光学部品との間に、固定された第3の光学部品が配置され、前記打叩対象を前記アクチュエータを用いて打叩し、前記第1から第3の光学部品の光軸合わせを行うことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の光軸合わせ装置。
- 複数の光学部品の光軸合わせを行う方法であって、
複数の光学部品が互いに面合わせされるようにあおり機構を用い、かつ、前記あおり機構に所定の予圧を印加して前記複数の光学部品を摩擦保持する第1工程と、
前記複数の光学部品の光軸を通過する光量を計測しながら前記複数の光学部品の光軸を通過する光量が大きくなるように、圧電素子の急峻な伸縮によって発生する衝撃的な慣性力を利用して前記複数の光学部品の少なくとも1つを打叩し、前記光学部品が摩擦保持された状態を維持しながら前記打叩された光学部品の位置を移動させる第2工程と、
を有することを特徴とする光軸合わせ方法。 - 前記第2工程後に、前記光学部品の光軸を通過する光量が最大となった時点で前記光学部品の打叩を中止し、前記複数の光学部品が摩擦保持された状態において前記複数の光学部品どうしを溶接して一体化する第3工程を有することを特徴とする請求項13に記載の光軸合わせ方法。
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