專利名稱：接合面配合裝置及配合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將兩個(gè)光學(xué)元件的接合面相互融合，平行延伸的接合面配合裝置和應(yīng)用這種裝置的接合面配合方法。
背景技術(shù)：
在將半導(dǎo)體激光器組裝到支座內(nèi)的光通信用激光光源中，于熔接/接合光纖固定用套筒來制造光學(xué)組件時(shí)，為了使雙方的光軸相互不傾斜地在直線上一致，以縮短調(diào)心時(shí)間且使調(diào)心后的熔接/接合時(shí)無錯(cuò)位等，可以采用使接合面相互平行延伸的接合面配合裝置。
作為這種接合面配合裝置已知采用有壓氣旋轉(zhuǎn)接頭機(jī)構(gòu)與測角臺(tái)等。
采用壓氣旋轉(zhuǎn)接頭機(jī)構(gòu)的接合接合面配合裝置41如圖4所示，在固定著激光光源(一方的光學(xué)元件)2的球面臺(tái)42和支承它的凹球面43之間供給空氣，使球面臺(tái)42上浮成為自由狀態(tài)，將光纖固定用套筒(另一方的光學(xué)元件)4壓觸到固定于此球面臺(tái)42上所固定的激光光源2上，根據(jù)此套筒4的接合面的方向傾斜球面臺(tái)42進(jìn)行接合面配合，能夠以約0.05°的高精度進(jìn)行接合面配合(參看專利文獻(xiàn)1)。
此外有采用測角臺(tái)的接合面配合裝置，它如圖5中51所示，將激光光源2固定于具有至少能朝與Z向正交的X軸旋轉(zhuǎn)的θx方向以及與Z向正交的Y軸旋轉(zhuǎn)的θy方向傾斜的X傾斜臺(tái)52X與Y傾斜臺(tái)52的測角臺(tái)52上(參考專利文獻(xiàn)2)。
然后將套筒4沿Z向下降而與激光光源2使兩者的接合面相互接觸，通過CCD攝像機(jī)(未圖示)攝像來調(diào)整測角臺(tái)52的角度。
專利文獻(xiàn)1特開平8-281464號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2001-108863號(hào)公報(bào)但在采用壓氣旋轉(zhuǎn)接頭機(jī)構(gòu)的接合面配合裝置41時(shí)，在進(jìn)行接合面配合作業(yè)之前，有必要使球面臺(tái)42保持平衡。這就是說，旋轉(zhuǎn)中心通常是位于接合位置的中央，但當(dāng)平衡破壞，此旋轉(zhuǎn)中心便錯(cuò)位而不能順利地進(jìn)行接合面配合。
特別是在用套筒對(duì)形狀與大小相異的激光光源進(jìn)行接合面配合時(shí)，由于需要更換激光光源固定用的夾具，每次必須再作平衡。
另一方面，在應(yīng)用測角臺(tái)52的接合面配合裝置51中，在用CCD攝像機(jī)照出兩元件間間隙由目視進(jìn)行接合面配合時(shí)，需要熟練的技術(shù)，取決于此項(xiàng)技術(shù)的熟練程度，接合面配合的精度、時(shí)間、重顯性方面會(huì)有很大的差異。
此外，在由CCD攝像機(jī)檢測出光學(xué)元件的傾斜程度通過圖像處理進(jìn)行接合面配合時(shí)，若是要進(jìn)行高精度的接合面配合就需用高倍率的透鏡，從而需要高亮度的照明，再有，當(dāng)通過圖像處理來自動(dòng)判別激光光源2與套筒4的傾斜時(shí)，則會(huì)有誤判塵埃與陰影等使可靠性欠缺的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明是以在用測角臺(tái)進(jìn)行接合面配合時(shí)，可不依賴于熟練者的技巧和CCD攝像機(jī)等攝像元件，而讓任何人都能高精度地和簡單可靠地進(jìn)行接合面配合作為技術(shù)課題。其目的是提供這樣的接合面裝置和方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明借助使一方的光學(xué)零件支承成能沿與Z向正交的兩個(gè)方向傾斜的測角臺(tái)和使另一方的光學(xué)零件相對(duì)于上述一方的光學(xué)零件沿Z向相對(duì)移動(dòng)的Z臺(tái)，而讓這兩個(gè)光學(xué)零件的接合面相互接觸作平行延伸的接合面配合裝置的特征在于，使其具有在使上述Z臺(tái)移動(dòng)，將另一方的光學(xué)零件壓觸到一方的光學(xué)零件上而進(jìn)行加壓的狀態(tài)下，當(dāng)由測角臺(tái)使一方的光學(xué)零件的接合面朝兩個(gè)方向傾斜，檢測作用于另一方的光學(xué)零件的Z向載荷的檢測器；以及相對(duì)于各個(gè)傾斜方向，根據(jù)上述載荷檢測器的檢測信號(hào)使此測角臺(tái)以檢測載荷成為最小的角度傾斜的控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在使另一方的光學(xué)零件接觸一方的光學(xué)零件進(jìn)行加壓的狀態(tài)下，當(dāng)通過測角臺(tái)使一方的光學(xué)零件朝與Z向正交的兩方向傾斜時(shí)，相對(duì)于各傾斜方向檢測對(duì)應(yīng)于傾角的載荷。
在此，當(dāng)一方的光學(xué)零件的接合面相對(duì)于另一方的光學(xué)零件的接合面傾斜時(shí)，由于此傾角越大則另一方的光學(xué)零件在此接合面上越益上壓，Z向上的載荷也增大，相反，當(dāng)相互的接合面彼此接近平行時(shí)，則推壓另一方的光學(xué)零件的力變小，而當(dāng)這兩個(gè)接合面平行時(shí)載荷最小。
于是在監(jiān)控Z向上載荷的同時(shí)將測角臺(tái)固定到使此載荷成為最小的傾角時(shí)，就能使各個(gè)光學(xué)零件的接合面分別相對(duì)于傾斜方向作接合面配合。
如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明能通過檢測最小載荷進(jìn)行接合面配合，故能不依賴于熟練程度與CCD攝像機(jī)等攝像元件，而可由任何人簡單和短時(shí)間地進(jìn)行與壓氣旋轉(zhuǎn)接頭相比有更高精度的接合面配合，于是能顯著有效地大幅度縮短后工序的調(diào)心時(shí)間和能抑制YAG熔接時(shí)的錯(cuò)位。


圖1概示本發(fā)明的接合面配合裝置。
圖2是示明控制裝置處理步驟的流程圖。
圖3是示明角度與載荷關(guān)系的曲線圖。
圖4是示明已有裝置的說明圖。
圖5是示明已有裝置的說明圖。
圖中名稱號(hào)的意義如下1，接合面配合裝置；2，激光光源(一方的光學(xué)零件)；4，套筒(另一方的光學(xué)零件)；5，測角臺(tái)；5x，X斜臺(tái)；5y，Y傾斜臺(tái)；6，Z臺(tái)；10，載荷檢測器；11，控制裝置。
具體實(shí)施例方式
下面據(jù)附圖具體說明本發(fā)明的實(shí)施形式。
圖1概示本發(fā)明的接合面配合裝置，圖2是示明控制裝置的處理步驟的流程圖，圖3是示明角度與載荷關(guān)系的曲線圖。
圖1所示的接合面配合裝置1將在支座內(nèi)裝有半導(dǎo)體激光器的光通信用激光光源(一方的光學(xué)零件)2與用于固定導(dǎo)引此激光的光纖的套筒(另一方的光學(xué)零件)4，用YAG激光器等熔接，安裝到組裝光源用光組件的裝配裝置中，用于使激光光源2與套筒4的接合面相互平行地作接合面配合。
此接合面配合裝置1具有使激光光源支承成能朝與Z向正交的X、Y軸旋轉(zhuǎn)的θX方向與θY方向傾斜的測角臺(tái)5，以及使套筒4相對(duì)于激光光源2沿Z向相對(duì)移動(dòng)的Z臺(tái)6。
測角臺(tái)5具有使激光光源2朝θX方向傾斜的X傾斜臺(tái)5x和朝θY方向傾斜的Y傾斜臺(tái)5y，為使其分別由步進(jìn)馬達(dá)7x、7y以0.001°的精度作傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)，將其安裝到沿XY方向移動(dòng)的XY臺(tái)8上。
Z臺(tái)6由驅(qū)動(dòng)裝置9升降驅(qū)動(dòng)，同時(shí)設(shè)有檢測Z向載荷檢測器(傳感器)10，在使Z臺(tái)6移動(dòng)讓套筒4接觸激光光源2進(jìn)行加壓的狀態(tài)下，在由測角臺(tái)5使激光光源2朝兩個(gè)方向傾斜時(shí)，可檢測作用于套筒4的載荷。
載荷檢測器10連接著控制各傾斜臺(tái)5x、5y的傾角的控制裝置11，在此控制裝置11上連接著馬達(dá)7x、7y以及驅(qū)動(dòng)裝置9，能夠相對(duì)于各傾斜方向根據(jù)載荷檢測器10檢測信號(hào)，讓各個(gè)傾斜臺(tái)5x、5y以使檢測的載荷成為最小的角度傾斜。
圖2是示明控制裝置11的處理步驟的流程圖。
將激光光源2與套筒4分別固定于測角臺(tái)5與Z臺(tái)6上，接通開關(guān)(未圖示)，開始圖2的處理，于步驟STP1使Z臺(tái)6下降，于步驟STP2當(dāng)載荷檢測器10檢測出的載荷達(dá)到預(yù)設(shè)定的接觸載荷(例如2000mg)時(shí)若判斷套筒4與激光光源2接觸則轉(zhuǎn)移到步驟STP3，于步驟STP3使Z臺(tái)6下降加壓，當(dāng)載荷檢測器10的檢測載荷達(dá)到預(yù)定的加壓載荷(例如200g)時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟STP4。
于步驟STP4，首先令Y傾斜臺(tái)5y保持原樣，讓傾斜臺(tái)5x按預(yù)定角度范圍(例如±1～±10℃)傾斜，同時(shí)根據(jù)載荷檢測器10的檢測信號(hào)存儲(chǔ)角度-載荷數(shù)據(jù)。
圖3(a)是表明求得的角度-載荷數(shù)據(jù)的曲線圖，于步驟STP5根據(jù)此曲線的極小點(diǎn)Pxmin讀出傾角θxmin，于步驟STP6使X傾斜臺(tái)5x按傾角θximn傾斜，中止θx方向的運(yùn)動(dòng)。
同樣，于步驟STP7，將X傾斜臺(tái)5x固定于傾角θymin，使Y傾斜臺(tái)5y以預(yù)定角度范圍(例如±1～±10°)，同時(shí)根據(jù)載荷檢測器10的檢測信號(hào)，存儲(chǔ)角度載荷數(shù)據(jù)。
然后于步驟STP8，基于此極小點(diǎn)Pymin讀出傾角θymin，于步驟STP9將Y傾斜臺(tái)5y按傾角θymin傾斜，中止Y方向的運(yùn)動(dòng)。
然后于步驟STP10，為了提高精度而重復(fù)步驟STP4～9的處理，在進(jìn)行了兩次的時(shí)刻轉(zhuǎn)移到步驟STP11。
步驟STP11～14是用于更精確地求出對(duì)應(yīng)于極小點(diǎn)Pxmin、Pymin的傾角θxmin、θymin的校正處理。
具體地說，在步驟STP4和步驟STP7中檢測出的角度-載荷數(shù)據(jù)，如圖3(b)所示，當(dāng)相對(duì)于一個(gè)傾斜方向檢測出的最小載荷在預(yù)定的角度范圍內(nèi)成為恒定時(shí)，則對(duì)應(yīng)于極小點(diǎn)Pxmin、Pymin讀出的傾角θxmin、θymin能夠設(shè)定于該角度范圍內(nèi)的任意角度。
為此，于步驟STP11，相對(duì)于X方向讀出檢測載荷等于比最小載荷大的基準(zhǔn)載荷(例如最小載荷+150g)時(shí)的兩點(diǎn)Pxa、Pxb的傾角θxa、θxb，算出其中心角θxc，取傾角θxmin＝θxc，轉(zhuǎn)移到步驟STP12，讓X傾斜臺(tái)5x按傾角θxmin傾斜，進(jìn)行X方向的定心。
然后于步驟STP13，同樣地相對(duì)于Y方向讀出檢測載荷等于比最小載荷大的基準(zhǔn)載荷(例如最小載荷+150g)時(shí)的兩點(diǎn)Pya、Pyb的傾角θya、θyb，算出其中心角θyc，取傾角θymin＝θyc，轉(zhuǎn)移到步驟STP14，讓Y傾斜臺(tái)5y按傾角θym傾斜，進(jìn)行θy方向的定心而結(jié)束接合面配合處理。
通過以上處理，激光光源2的接合面相對(duì)于套筒4的接合面不論是在θx或θy的方向上都能成為平行地接合面配合。
在接合面配合處理結(jié)束后，使Z臺(tái)6上升，在激光光源2和套筒4之間與載荷無關(guān)的位置處移動(dòng)XY臺(tái)8，同時(shí)使已預(yù)先插入套筒4內(nèi)的光纖(未圖示)升降/回轉(zhuǎn)進(jìn)行激光光源2與光纖的光軸對(duì)合，對(duì)合好之后從周緣3的方向以YAG激光器照射，若是套筒4和插入其中的光纖前端的金屬箍(未圖示)相互之間、激光光源2與套筒4相互之間熔接好后，便完成了光學(xué)組件。
在以上的說明中是就將載荷檢測器10設(shè)置于Z臺(tái)6上的情形進(jìn)行描述，但即令是安裝于測角臺(tái)5上，對(duì)于作用于套筒4的Z向的載荷也可通過其反作用力進(jìn)行檢測，而這兩者在技術(shù)上是等價(jià)的。
此外，上面是就在進(jìn)行接合面配合時(shí)由馬達(dá)7x、7y驅(qū)動(dòng)測角臺(tái)5的各傾斜臺(tái)5x、5y的情形進(jìn)行說明的，但在實(shí)施本發(fā)明的接合面配合方法時(shí)并不局限于以上所述，也可以在監(jiān)控載荷檢測器10的檢測載荷的同時(shí)通過手動(dòng)來調(diào)節(jié)傾角。
再有，還可以不限于激光光源2而是能夠用來進(jìn)行發(fā)光二極管、雪崩光電二極管等任意光學(xué)零件與套筒4的接合面配合，或是進(jìn)行激光光源2與透鏡架的接合面配合，以及使此透鏡架與套筒4進(jìn)行接合面配合的情形等使任意光學(xué)零件相互間進(jìn)行接合面配合。
權(quán)利要求
1.一種接合面配合裝置，它是借助使一方的光學(xué)零件支承成能沿與Z向正交的兩個(gè)方向傾斜的測角臺(tái)和使另一方的光學(xué)零件相對(duì)于上述一方的光學(xué)零件沿Z向相對(duì)移動(dòng)的Z臺(tái)，而讓這兩個(gè)光學(xué)零件的接合面相互接觸作平行延伸，該接合面配合裝置其特征在于包括檢測器，在使上述Z臺(tái)移動(dòng)，將另一方的光學(xué)零件壓觸到一方的光學(xué)零件上呈加壓的狀態(tài)下，當(dāng)由測角臺(tái)使一方的光學(xué)零件的接合面朝兩個(gè)方向傾斜時(shí)，檢測作用于另一方的光學(xué)零件的Z向載荷；以及控制裝置，相對(duì)于各個(gè)傾斜方向，根據(jù)上述載荷檢測器的檢測信號(hào)使此測角臺(tái)以檢測載荷成為最小的角度傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合面配合裝置，其特征在于上述控制裝置包括當(dāng)相對(duì)于一個(gè)傾斜方向檢測出的最小載荷在預(yù)定的角度范圍內(nèi)為一定時(shí)，使測角臺(tái)按檢測載荷相等而比最小載荷大的兩點(diǎn)傾角的中心角作傾斜的校正裝置。
3.一種接合面配合方法，它是使兩個(gè)光學(xué)零件的接合面相互接觸平行延伸，其特征在于，在將兩方的光學(xué)零件置于接觸加壓的狀態(tài)下時(shí)，使一方的光學(xué)零件朝與Z向正交的兩個(gè)方向傾斜，同時(shí)對(duì)于各個(gè)傾斜方向按作用于另一方光學(xué)零件的Z向上的載荷成為最小的角度傾斜上述一方光學(xué)零件的接合面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接合面配合方法，其中當(dāng)相對(duì)于一個(gè)傾斜方向檢測出的最小載荷在預(yù)定的角度范圍內(nèi)成為一定時(shí)，使上述一方的光學(xué)零件的接合面按檢測載荷相等且比最小載荷大的兩點(diǎn)的傾角的中心角傾斜。
全文摘要
接合面配合裝置及配合方法。在采用測角臺(tái)進(jìn)行表面接合時(shí)能不依賴于熟練者的技巧與CCD攝像機(jī)等攝像元件，可由任何人都能簡單與可靠地進(jìn)行接合面配合。通過使一方的光學(xué)零件(2)支承成能沿與Z向正交的兩個(gè)方向傾斜的測角臺(tái)(5)和使另一方的光學(xué)零件(4)沿Z向移動(dòng)的Z臺(tái)(6)，讓這兩方的光學(xué)零件(2，4)進(jìn)行接合面配合時(shí)，在使各光學(xué)零件(2，4)的接合面接觸加壓的狀態(tài)下，由測角臺(tái)(5)使一方的光學(xué)零件(2)的接合面朝兩方向傾斜，同時(shí)由載荷檢測器(10)檢測作用于另一方光學(xué)零件(4)的Z向上的載荷，按檢測載荷相對(duì)于各傾斜方向?yàn)樽钚〉慕嵌葍A斜測角臺(tái)(5)。
文檔編號(hào)G02B6/26GK1519599SQ20041000191
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者內(nèi)藤信宏, 畠田谷洋子, 洋子 申請(qǐng)人:株式會(huì)社茉莉特斯