JP4537591B2

JP4537591B2 - 光軸合わせ装置および光軸合わせ方法

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Publication number: JP4537591B2
Application number: JP2001026644A
Authority: JP
Inventors: 睦夫宗片; 俊郎樋口; 寶▲莱▼ 傅
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: EP1365266B1; EP1365266A1; US6947646B2; EP1365266A4; US20040052469A1; DE60216052D1; CN1459038A; CN1194236C; EP1365266A8; DE60216052T2; KR20030011290A; KR100817461B1; JP2002228870A; WO2002063357A1

Description

【０００１】
【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

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。