專利名稱：連接光傳輸模塊的方法和裝置及探測光波導芯位置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光波導和光纖。更具體地說，本發(fā)明涉及一種精確探測光波導或光纖的芯的位置以用于其互連的方法。本發(fā)明還涉及一種對準通過上述方法探測到的芯以及連接這些芯的方法和裝置。
背景技術：
隨著光通信系統(tǒng)的實際應用的發(fā)展，要求改善用于光通信的光學元件的性能，另一方面強烈要求降低制造光通信系統(tǒng)的成本。在光通信系統(tǒng)中使用的典型光學元件是平面光波電路(在下文中將其縮寫為PLC)芯片。通過在基底上形成具有多種功能的光學電路制造PLC芯片。PLC芯片可用作分光器，適宜接收單個光信號并將其分為多個光信號。在那種情況下，PLC芯片被連接到輸入側的光纖和輸出側的光纖上，從而構成分光器。
一旦把PLC芯片和光纖相連，需要使與連接狀態(tài)有關的傳輸損耗盡可能地低。具體地說，需要使光纖的光傳輸部分(以下簡稱為芯)與PLC芯片的光傳輸部分(或芯)互相對準。在傳統(tǒng)的連接過程中，相互粗糙地接觸PLC芯片和輸入側光纖，并實際上把光信號從輸入側光纖入射到PLC芯片上，以便在這樣的狀態(tài)下連接輸入側光纖和PLC芯片，其中使從PLC芯片出射的光輸出最大。完成連接過程之后，相互粗糙地連接PLC芯片和輸出側光纖，并測量在輸出側光纖的輸出端獲得的光輸出，以便在這樣的狀態(tài)下連接PLC芯片和輸出側光纖，其中使光輸出最大。
然而，由于光纖和PLC芯片的芯的直徑都小于10um，因此根據上述方法的對準和連接過程需要長達幾十秒或更長的時間。鑒于此，在如下的文件中已經提出了多種用于減少上述過程中所需時間的方案日本專利申請公開2000-187131，日本專利3112155，日本專利申請公開11-109176和日本專利申請公開5-313075。在這些方案的一個中，例如，在基于光纖和PLC芯片的外部形狀的粗對準之后進行上述對準過程，以減少上述過程所需的時間，以及在另一方案中，改變了光學傳感器的結構，以便更有效地確定光輸出最大的位置，從而減少上述過程所需的時間。
某些上述現(xiàn)有技術能夠提高利用光學傳感器進行的對準過程的效率。然而，由于其使用了光學傳感器，現(xiàn)有技術與其它技術之間沒有顯示出根本的差異，在其它技術中需要花費大量時間達到這樣的狀態(tài)，其中光信號可以從輸入側光纖的輸出端傳輸到PLC芯片的輸入端。因此，現(xiàn)有技術不能在很大程度上有效地減少實際操作的時間。在這種情況下，在日本專利申請公開2002-350667或日本專利申請公開2003-121686中，公開了通過基于圖像探測光纖和PLC芯片的芯的位置來實現(xiàn)上述傳輸狀態(tài)的方法。
在日本專利申請公開2002-350667公開的技術中，攝像機分別被設置在與輸入側光纖的輸出端部分、PLC芯片的輸入端部分、PLC芯片的輸出端部分和輸出側光纖的輸入端部分相對的位置，攝像機拍攝各自的末端部分的圖像，以探測末端部分處各自的芯的位置。此外，為了使成像(或拍攝圖像)過程變得容易，該現(xiàn)有技術文件指出，在拍攝光纖芯的圖像時把光信號輸入到與要被拍攝的末端部分不同的末端部分，并從與要被拍攝的末端部分不同的PLC芯片的末端部分引入照明光。
然而，PLC芯片的芯的折射率與在其上形成有芯和包層(包括上包層和底包層)的基底的折射率相差1％或更小。換句話說，基底本身也透射光，因此，僅僅由攝像機拍攝末端部分的圖像很難清楚地確定芯的形狀。此外，盡管使用光從與攝像機相反的方向照射具有小折射率差的透明目標時，也很難使具有不同折射率的材料的邊界清晰可見。此外，光纖的連接末端部分通常具有由包層結構形成的連接終端。在大多數情況下，這種結構基本上與具有輸入側光纖的PLC芯片的連接部分相同。在此情況下，僅僅通過引入透射光很難清楚地確定在所述末端部分處的芯的形狀。
鑒于很難通過用光簡單地照射來確定芯的形狀，日本專利申請公開2003-121686公開了怎樣獲得芯的形狀。具體地說，它指出了用偏振光照射光纖的端面等，并借助偏光顯微鏡觀察反射光，從而使視覺觀察芯的形狀成為可能。然而，在此方案中，偏光顯微鏡是不可缺少的，因此如果生產自動連接PLC芯片和光纖的裝置，那么不可避免地要增加裝置的尺寸和成本。此外，在該現(xiàn)有技術公開的此方案中，需要以這種方式來構造該裝置，即沿X，Y，Z和θ方向驅動在其上固定光纖的臺和在其上固定PLC芯片的臺。在這種包括許多需要經常驅動的活動部分的結構中，由于驅動部分的停止誤差(stoppage error)，在光纖和PLC芯片的實際連接操作中，存在發(fā)生位移的危險。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術的需要而提出的。本發(fā)明的一個目的是提供一種很容易探測PLC芯片等的芯的形狀或位置的方法，并提供一種采用上述方法來簡單、可靠而又快速地連接光纖和PLC芯片的方法和裝置。
根據為了達到上述目的本發(fā)明，提供了一種連接光傳輸模塊的方法，用于對輸入側光纖陣列、光傳輸元件和輸出側光纖陣列進行對準并連接它們的芯，所述光傳輸元件在其內部包括下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個，所述方法包括以下步驟將基本平行光入射到所述光傳輸元件的輸出側端面上，并拍攝所述光傳輸元件的輸入側端面的圖像，來探測在所述輸入側端面處芯的位置；將基本平行光入射到所述光傳輸元件的輸入側端面上，并拍攝所述光傳輸元件的輸出側端面的圖像，來探測在所述輸出側端面處芯的位置；在各自的連接部分處探測所述輸入側光纖陣列的芯和所述輸出側光纖陣列的芯的位置；以及分別將所述輸入側光纖陣列的芯定位在其連接部分處，將所述光傳輸元件的芯定位在其輸入側端面處，將所述光學傳輸元件的芯定位在其輸出側端面處，以及將所述輸出側光纖陣列的芯定位在其連接部分處。
在上述方法中，優(yōu)選以這樣的入射角將所述基本平行光入射到所述光傳輸元件的所述輸入側端面和所述輸出側端面，從而使引入所述光傳輸元件內部的所述基本平行光在下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射。此外，在上述方法中，優(yōu)選在拍攝所述光傳輸元件的所述輸入側端面或所述輸出側端面的圖像時，用于拍攝圖像的攝像機在這種狀態(tài)下拍攝所述端面的圖像，其中所述攝像機相對于所述輸入側端面或所述輸出側端面傾斜預定的角度。此外，在上述方法中，優(yōu)選在探測位于其連接部分處的所述輸入側光纖陣列和所述輸出側光纖陣列的芯位置的步驟中，光從末端部分而不是所述連接部分引入，并進行探測作為所述芯的中心的在所述連接部分處觀察到的光圖像中的最亮部分的操作。
根據為了達到上述目的的本發(fā)明的另一方面，提供了一種連接光傳輸模塊的裝置，用于對輸入側光纖陣列、光傳輸元件和輸出側光纖陣列進行對準并連接它們的芯，所述光傳輸元件在其內部包括下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個，所述裝置包括支撐所述光傳輸元件的芯片支撐臺；支撐所述輸入側光纖陣列的輸入側陣列支撐臺；支撐所述輸出側光纖陣列的輸出側陣列支撐臺；第一光源，發(fā)射基本平行光從所述光傳輸元件的輸出側端面進入所述光傳輸元件內部；第一攝像機，拍攝由所述第一光源發(fā)出的所述基本平行光顯示的所述光傳輸元件的輸入側端面的圖像；第二光源，發(fā)射基本平行光從所述光傳輸元件的輸入側端面進入所述光傳輸元件內部；第二攝像機，拍攝由所述第二光源發(fā)出的所述基本平行光顯示的所述光傳輸元件其輸入側端面的圖像；第三攝像機，拍攝所述輸入側光纖陣列的端面的圖像；第四攝像機，拍攝所述輸出側光纖陣列的端面的圖像；以及驅動裝置，基于所述第一至第四攝像機拍攝圖像的結果驅動所述輸入側陣列支撐臺，所述芯片支撐臺和所述輸出側陣列支撐臺。
在上述裝置中，優(yōu)選所述第一光源發(fā)射基本平行光以這樣的角度從所述輸出側端面端面進入所述光傳輸元件的內部，在該角度下所述基本平行光在所述光傳輸元件內部的下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射；以及所述第二光源發(fā)射基本平行光以這樣的角度從所述輸入側端面進入所述光傳輸元件的內部，在該角度下所述基本平行光在所述光傳輸元件內部的下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射。此外，在上述裝置中，優(yōu)選相對于所述光傳輸元件的輸入側端面以預定角度傾斜設置所述第一攝像機，并相對于所述光傳輸元件的輸出側端面以預定角度傾斜設置所述第二攝像機。此外，在上述裝置中，優(yōu)選在探測位于其連接部分的處輸入側光纖陣列的芯位置的過程中，光從末端部分而不是從所述連接部分引入，以及所述第三攝像機探測作為所述芯的中心的在所述連接部分處觀察到的光圖像中的最亮部分，并在探測位于其連接部分的處輸出側光纖陣列的芯位置的過程中，光從末端部分而不是從所述連接部分引入，以及所述第四攝像機探測作為所述芯的中心的、在所述連接部分處觀察到光圖像中的最亮部分來。
根據為了達到上述目的的本發(fā)明的再一方面，提供了一種探測光波導中芯位置的方法，所述光波導在其內部包括下基底、芯、包層、粘合層和上基底，所述方法包括以下步驟在這樣的條件下將基本平行光入射到所述光波導的輸出側端面，其中所述基本平行光在下基底、芯、包層、粘合層和上基底中至少一個邊界表面上全反射；通過第一攝像機拍攝由所述基本平行光顯示的在所述光波導的輸入側端面處的芯的圖像，以探測芯的位置；在這樣的條件下將基本平行光入射到所述光波導的輸入側端面，其中所述基本平行光在下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射；以及通過第二攝像機拍攝由所述基本平行光顯示的在所述光波導輸出側端面處的芯的圖像，以探測芯的位置。
在上述方法中，所述全反射的條件優(yōu)選為基本平行光以±5°范圍內的角度入射到下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上。此外，在上述方法中，優(yōu)選相對于進入光波導內部的基本平行光的入射角以±10°范圍內的角度傾斜設置第一攝像機和第二攝像機，在該入射角下基本平行光將平行于下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面進行傳輸。


圖1A為垂直于光傳輸方向的PLC芯片的截面圖；圖1B為平行于光傳輸方向的PLC芯片的截面圖；圖2A為垂直于光傳輸方向的光纖陣列末端部分的截面圖；圖2B為平行于光傳輸方向的光纖陣列末端部分的截面圖；圖3為入射到PLC芯片上的平行光的入射角的示意圖；圖4為PLC芯片端面的傾斜角與平行光的入射角之間的關系的圖表；圖5為平行光的入射角與所獲得的圖像的對比之間的關系的圖表；圖6為PLC芯片端面的傾斜角與攝像機的傾斜角之間的關系的圖表；圖7為攝像機的傾斜角與所獲得的圖像的對比之間的關系的圖表；圖8為從上看根據本發(fā)明的實施例的光傳輸模塊的外形圖；圖9為從上看根據本發(fā)明的實施例的光傳輸模塊的外形圖；圖10為從上看根據本發(fā)明的實施例的光傳輸模塊的外形圖；圖11為從上看根據本發(fā)明的實施例的光傳輸模塊的外形圖；圖12為從上看根據本發(fā)明的實施例的光傳輸模塊的外形圖。
具體實施例方式
圖1A和1B示出了PLC芯片，根據本發(fā)明將要進行PLC芯片的芯形狀的圖像的拍攝。具體地說，圖1A示出了將要把輸入/輸出光纖連接到其端面的PLC芯片的外形圖，以及圖1B示出了在縱截面上PLC芯片的外形圖。圖2A和2B示出了輸入/輸出光纖。圖2A示出了從前側看將要連接在PLC芯片上的光纖的端面的外形圖，以及圖2B示出了在縱截面上光纖的連接末端部分的外形圖。該實施例使用的PLC芯片1包括下基底2，在下基底上設置的底包層4b，在底包層4b上形成的起光波導作用的PLC芯3，覆蓋光波導3的上包層4a，作為最上層的上基底，以及用于接合上包層4a和上基底5的粘合層4c。PLC芯片的端面1a相對于與在其上形成芯3的平面3a垂直的平面傾斜特定角度θ。
光纖6由作為光波導的光纖芯7、在光纖芯7周圍設置的包層8和涂層10構成。由于很難將具有上述結構的光纖6的端面和PLC芯片等連接，因此，在光纖6的端面連接連接元件9。連接元件9具有與PLC芯片基本相同的結構，即連接元件9由下基底11、纖芯7、粘合層13和上基底14構成。在下基底11上，形成與光波導的路徑相應的溝槽11a。在溝槽11a中安放具有包層8并已從包層8除去涂層的纖芯7。在此狀態(tài)下，具有包層8的纖芯7被夾在下基底11和上基底14之間，并用粘合層13填充在基底之間形成的空隙。
如前所述，下基底2，芯3，上包層4a，底包層4b和上基底5具有非常相近的折射率。因此，如前所述，很難通過拍攝端面的圖像來觀察PLC芯片的端面1a從而得到芯3的形狀或位置。此外，如上述日本專利申請公開2002-350667所公開，即使把光從與拍攝表面相對的PLC芯片的端面1b引入PLC芯片，也很難使芯3和其它部分的對比變得明顯。推測起來，原因在于上述的各個部分具有基本相同的折射率和基本相同的光傳輸性質，因此傳輸光將具有使各個部分的邊界模糊不清的相反效果。
在本實施例中，為了避免上述情況的發(fā)生，把所有入射到PLC芯片的端面1b上的光線設置為平行光(優(yōu)選完全平行光)。在平行光入射到端面1b的情形下，在通常保持特定角度的同時，在各個部分之間光將被折射或反射。因此，合成傳輸的光的狀態(tài)將隨著各個部分折射率的差異而不同。這樣，可以通過合適的裝置探測上述差異，從而辨別各部分的位置結構。
在本實施例中，在平行光在如下表面上全反射的情況下，使平行光入射到PLC芯片1端面1b上例如，在上包層4a和粘合層4c之間的邊界表面，在底包層4b和上包層4a(總稱為包層)之間的邊界表面，以及在粘合層4c和上基底5之間的邊界表面。如果平行光在滿足上述的條件下入射到PLC芯片上，不會有平行光從端面1a處的底包層4b、上包層4a和芯3的附近出射。因此，可以很容易地拍攝上述邊界表面作為對比，并可以通過常規(guī)的二值化處理很容易地探測芯3的位置。與上述相關，很顯然，如獲得全反射所需的角度條件的條件取決于平行光的波長、各個部分的折射率等。此處，平行光不是完全平行光，而是用光源和透鏡可以很容易地形成的近似平行光。然而，為了獲得對比更清晰的圖像，優(yōu)選使光接近完全平行光。
本發(fā)明的發(fā)明人對如何獲得芯圖像進行了研究。下面，將對研究的結果進行說明。在圖3中，示出了在研究中使用的各個參數。由光信號入射到其上的PLC芯片1的端面1a與平行于PLC芯片中波導的平面所形成的角被稱作端面角α，由垂直于端面1a的線與入射到端面1a上的平行光的方向所形成的角被稱作入射角θ1。此外，由垂直于PLC芯片1的光出射側的端面1b的線與用于拍攝從端面1b出射的光的攝像機的方向所形成的角被表示為θ2。這里，端面角α等于上述角θ。
為了獲得上述入射平行光的全反射條件，首先必須達到使進入PLC芯片內部的平行光基本平行于粘合層進行傳輸的條件。圖4示出了滿足該條件的平行光的入射角?？梢岳斫?，入射角只取決于傳輸光的部分的折射率和端面角。
圖5示出了研究的結果，其中入射角以基于圖4所示的關系選擇的角11.64°為中心變化，并分析從出射側端面1b出射的光來確定芯或芯附近區(qū)域的圖像的明暗對比。如圖5所示，在以入射角11.64°為中心的±5°范圍內，可以通過多值化，或如果條件允許，通過常規(guī)的二值化處理來確定芯的形狀。此外，在以入射角11.64°為中心的±2°范圍內，可以通過常規(guī)的二值化處理來確定芯的形狀。
與上述相關，芯附近處明暗對比中的陰影部分是由缺少從相應部分發(fā)出并入射到攝像機上的光而產生的。然而，在某些情況下，不能依靠攝像機的位置探測陰影部分，因為在PLC芯片1中光直接通過的部分是由不同的材料制成?？紤]到此，當從端面1b發(fā)出平行于PLC芯片中在其上形成波導的平面的平行光時，確定基于平行光獲得的明暗對比圖像的條件。結果如圖6所示。從此結果可以看出，通過使攝像機的位置角偏離光入射角6.7°，可以獲得芯附近區(qū)域的對比圖像。
圖7示出了研究的結果，其中攝像機的位置角(或取向)以11.64°為中心變化，該中心是平行光的入射角的假定中心，并分析從出射側端面1b出射的光來確定芯或芯附近區(qū)域的圖像的明暗對比。如圖7所示，在偏離攝像機位置角11.64°的±10°范圍內，可以通過多值化，或如果條件允許，通過常規(guī)的二值化處理來確定芯的形狀。此外，在偏離攝像機位置角4.94°的±3°范圍內，可以通過常規(guī)的二值化處理來確定芯的形狀。
從圖7可以看出，角范圍的中心更優(yōu)選是4.94°，即，使中心從中心角11.64°偏移結合圖6的上述偏離角。此外，峰值僅出現(xiàn)在中心角的一側。推測起來，原因在于當光在有利的條件下入射時，粘合層和上包層之間滿足全反射條件，而且光幾乎沒有到達上基底一側。此外，圖7中出現(xiàn)最小值的原因在于進入除芯以外部分的大部分光被射出。因此，可以認為，通過使用完全平行光可以提高攝像機設置的自由度。
鑒于上述研究的結果，已經發(fā)現(xiàn)，為了獲得芯的圖像，平行光應當以偏離入射角±5°，更優(yōu)選±2°的范圍內的角度入射到端面1a上范圍內，在該入射角下，已穿過端面的平行光與PLC芯片中在其上形成波導的平面平行。此外，還發(fā)現(xiàn)為了用從端面1b發(fā)出的光來獲得芯的圖像，應當以偏離入射角±10°范圍內的角度，更優(yōu)選以偏離中心角4.94°的±3°范圍內的角度傾斜設置攝像機，在該入射角下，已穿過端面的平行光與PLC芯片中在其上形成波導的平面平行，角4.94°是偏移上述入射角約6.7°的角度。
充分地認為在下基底，芯，底包層，上包層，粘合層和上基底的邊界表面的任一處能夠滿足全反射條件。盡管包括上述各個部分的PLC芯片是實施本發(fā)明的一個實例，但是本發(fā)明可以采用包括一些上述部分的芯片，并認為，如果在那些部分的邊界表面的任一處滿足上述條件，也可以實現(xiàn)本發(fā)明的有益效果。此外，上述涉及攝像機的條件可以解釋為將攝像機相對于PLC芯片的端面傾斜特定角度。
上述研究是針對用石英基材料作為基底形成的PLC芯片而作出的。從圖4中可以明顯看出，該研究的結果不是非常依賴于各部分的折射率。但是，優(yōu)選根據材料對上述條件的范圍進行適當的改變。這里使用的平行光的波長在500到700nm的范圍。眾所周知，折射率與波長有關。因此，優(yōu)選根據所使用的光的波長對上述條件的范圍進行適當的改變。
在日本專利申請公開2002-350667中，公開了僅通過拍攝連接端面9a的圖像可以探測芯12的位置的效果。然而，僅僅通過將光引入光纖，很難像上述實施例那樣清晰地觀察到芯12的形狀。因此，上述探測PLC芯片1中芯3的位置的方法可以有效地應用到光纖的連接端元件9。然而，實際上很難使穿過光纖的光保持平行。因此，從實際來看，最有效的方法是基于從連接端面9a出射的光的強度分布來確定在連接元件9處芯的位置。
下面將說明體現(xiàn)本發(fā)明的用于對準和連接PLC芯片與光纖的連接裝置。該連接裝置采用上述探測PLC芯片中芯位置的方法。圖8示出了從上看根據本發(fā)明的連接裝置，即用于光傳輸模塊的連接裝置的基本結構。如圖8所示，該連接裝置20的主要元件包括輸入側陣列支撐臺23，用于支撐輸入側光纖陣列21；芯片支撐臺27，用于支撐PLC芯片25；輸出側陣列支撐臺31，用于支撐輸出側光纖陣列29；第一雙視場攝像機41和第二雙視場攝像機。
可以沿圖8所示的X軸彼此相對或相離地移動輸入側陣列支撐臺23和輸出側陣列支撐臺31，芯片支撐臺處于中間。此外，如果需要，可以沿圖8所示的X和Y軸以及與X和Y軸正交的Z軸調整每個臺和每個攝像機的位置。也可以沿X、Y和Z軸進行調整這些元件的角度位置。由于各種已知的機制都可以作為調整這些元件的位置和角度位置的機制，因此將省略對這些機制的說明。在下述的結構和操作中，在滿足上述條件的同時，使光從光源輻射，并用攝像機拍攝每個端面的圖像。為了避免復雜的說明，在下面的說明中省略了有關這些條件的說明。
第一雙視場攝像機41具有兩個攝像機42和44，它們取向為在X軸(取向為從雙視場攝像機41的主體向外的方向)上彼此相反的方向。適合在Y軸方向移動第一雙視場攝像機41，以便在這樣的狀態(tài)下在芯片支撐臺27和輸出側陣列支撐臺31之間定位第一雙視場攝像機41，其中芯片支撐臺27和輸出側陣列支撐臺31在X軸方向上相互隔開。當第一雙視場攝像機41位于臺27和31之間時，在各自的位置設置上述攝像機42和44，以便它們能夠拍攝由各自的臺27和31支撐的PLC芯片25的輸出側端面25a和輸出側光纖陣列29的輸入側端面29a的圖像。第一雙視場攝像機41也具有光源46，其能夠在這樣的狀態(tài)下向PLC芯片25的輸出側端面25a輻射平行光，其中攝像機41在Y軸方向偏移預定的量。相對于X軸方向把光源46取向為與攝像機42相同的方向，并相對于Z軸方向把光源46設置為與攝像機42相同的高度。以可以變化平行光的發(fā)出方向的方式安裝和保持光源46。
第二雙視場攝像機51具有兩個攝像機52和54，它們取向為在X軸(取向為從雙視場攝像機51的主體向外的方向)上彼此相反的方向。適合在Y軸方向移動第二雙視場攝像機51，以便在這樣的狀態(tài)下在輸入側陣列支撐臺23和芯片支撐臺27之間定位第二雙視場攝像機51，其中輸入側陣列支撐臺23和芯片支撐臺27在X軸方向上相互隔開。當第二雙視場攝像機51位于臺23和27之間時，在各自的位置設置上述攝像機52和54，以便它們能夠拍攝由各自的臺23和27支撐的輸入側光纖陣列21的輸出側端面21a和PLC芯片25的輸入側端面25b的圖像。第二雙視場攝像機51也具有光源56，其能夠在這樣的狀態(tài)下向PLC芯片25的輸出側端面25b輻射平行光，其中攝像機51在Y軸方向偏移預定的量。相對于X軸方向把光源56取向為與攝像機54相同的方向，并相對于Z軸方向把光源56設置為與攝像機54相同的高度。以可以改變平行光的發(fā)出方向的方式安裝和保持光源56。
攝像機42，44，52和54分別對應于權利要求書中提到的第二攝像機，第四攝像機，第一攝像機和第三攝像機。光源46和56分別對應于權利要求書中提到的第一光源和第二光源。臺的驅動裝置總稱為驅動裝置。
下面，將參考圖9至11說明使用連接裝置20對準并連接PLC芯片25和光纖陣列21、29的過程。圖9至11以與圖8相同的方式示出了處于對準和連接過程的不同階段的裝置20。首先，由各自的臺支撐PLC芯片25，輸入側光纖陣列21，輸出側光纖陣列29。在此狀態(tài)下，在這樣的狀態(tài)下設置輸入側陣列支撐臺23和輸出側陣列支撐臺31，其中以預定的距離將它們相互隔開，芯片支撐臺27處于中間。
隨后，把第一雙視場攝像機41和第二雙視場攝像機51插入到臺23、27和31之間的各自的空隙中，并停在第一位置。在此狀態(tài)下，第二雙視場攝像機51的攝像機52與輸入側光纖陣列21的輸出側端面21a相對，并且第二雙視場攝像機51的攝像機54與PLC芯片25的輸入側端面25b相對。此外，第一雙視場攝像機41的光源46與PLC芯片25的輸出側端面25a相對，以便在預定條件下發(fā)射平行光進入PLC芯片25的內部。
在此狀態(tài)下，把信號光等引入輸入側光纖陣列21，并用攝像機52拍攝其輸出側端面21a。實際上，很難拍攝或探測連接在光纖陣列21末端的連接元件(未示出)的芯。在該實施例中，拍攝從輸出側端面21a出射的所謂光源圖像，并且將該圖像中的亮度中心(照明區(qū)域中最亮的位置)確定為芯的中心。根據該方法，盡管芯的中心不是基于它的形狀確定的，但是能夠確定輸出側端面21a上光傳輸效率實際上最大的位置。這樣，能確定芯的實際中心。可以通過把PLC芯片25的芯連接到確定的位置來實現(xiàn)較好的連接狀態(tài)。
同時，當滿足上述的全反射條件時，從第一雙視場攝像機41的光源46輻射平行光，入射到PLC芯片25的輸出側表面25a。在該平行光的輻射下，芯和其它部分的形狀和位置在輸入側端面25b上顯示為漸變圖像。該漸變圖像由攝像機54拍攝。通過圖像處理電路等(未示出)對采集到的圖像進行二值化等處理，以便能夠探測芯和其它部分的形狀和位置。如前所述，攝像機52和54采集具有相同中心軸的圖像。因此，僅基于各自的攝像機獲得的圖像就能確定設置在不同視場中各個元件的位置關系。這樣，可以簡單并可靠地對準攝像機52探測到的輸入側光纖陣列21的輸出側端面21a上的信號中心(對應于最亮的位置)和PLC芯片25的輸入側端面上的芯的中心。
在完成對準操作后，把第一和第二雙視場攝像機41和51從圖9所示的第一位置移回并停在第二位置(上述預定位置)。此狀態(tài)如圖10所示。在此狀態(tài)中，第一雙視場攝像機41的攝像機44與輸出側光纖陣列29的輸入側端面29a相對，并且攝像機42與PLC芯片25的輸出側端面25a相對。此外，第二雙視場攝像機51的光源56與PLC芯片25的輸入側端面25b相對，以便在規(guī)定的條件下發(fā)射平行光進入PLC芯片25的內部。
在此狀態(tài)下，把信號光等從末端部分而不是連接部分引入輸出側光纖陣列29，并用攝像機44拍攝輸出側光纖陣列29的輸入側端面29a的圖像。此拍攝操作與對上述輸入側光纖陣列21的輸出側端面21a的拍攝操作相同，因此省略了對它的說明。同時，當滿足上述全反射條件時，平行光從第二雙視場攝像機51的光源56出射，入射到PLC芯片25的輸入側端面25b。在平行光的輻射下，芯和其它部分的形狀和位置在輸入側端面25b上顯示為漸變圖像。該漸變圖像由攝像機42拍攝。通過圖像處理電路等(未示出)對采集到的圖像進行二值化等處理，以便能夠探測對芯和其它部分的形狀和位置。在上述操作下，完成了輸出側光纖陣列29的輸入側端面29a上的信號中心和PLC芯片25的輸出側端面上形成的芯的中心的對準。如上所述，通過實施本發(fā)明，可以同時進行所謂的粗對準和中間對準的對準操作，并且可以將各個元件的芯的位移減小到幾微米量級。
在完成上述操作后，把第一和第二雙視場攝像機41和51移回到圖8所示的它們的初始位置。之后，移動輸入側陣列支撐臺23和輸出側陣列支撐臺31，以靠近芯片支撐臺27。在圖11所示的結構中，輸入側光纖陣列21，PLC芯片25和輸出側光纖陣列29處于幾乎連接的狀態(tài)。在此狀態(tài)下，把信號光引入輸入側光纖陣列21，并基于從輸出側光纖陣列29獲得的光信號的強度來精確調整輸入側光纖陣列21和PLC芯片25的連接位置。在完成此精確調整后，基于相同狀態(tài)下的光信號強度，精確調整PLC芯片25和輸出側光纖陣列29的連接位置。在完成此精確調整操作后，進行用粘合劑等填充各個元件之間的空隙的操作，以固定和連接這些元件。
通過進行上述的精確調整操作，可以將單個元件的芯的位移降低到亞微米量級?；趯z像機獲得圖像的分析，進行芯的位置探測，以及即使包括了實際對準操作所需要的時間，分析所需的時間也少于幾秒。因此，通過實施本發(fā)明，與常規(guī)方法相比，可以在更短的時間內制造出極高精度的光傳輸模塊。
在該實施例中，使用一對雙視場攝像機同時分別拍攝輸入側光纖陣列的芯和PLC芯片的輸入側的芯，以及PLC芯片的輸出側的芯和輸出側光纖陣列的芯的圖像。然而，該實施例可以按圖12所示的方式進行修改。下面，將參考示出了上述元件的圖12，說明用于光傳輸模塊的修改的連接裝置的主要元件。在下面的說明中，與圖8類似的元件用相同的附圖標記表示。
圖12所示的連接裝置120的主要元件包括支撐輸入側光纖陣列21的輸入側陣列支撐臺123，支撐PLC芯片25的芯片支撐臺127，支撐輸出側光纖陣列29的輸出側陣列支撐臺131和雙視場攝像機141。輸入側陣列支撐臺123和輸出側陣列支撐臺131能夠在X方向移動，并關于X方向以預定距離相對。芯片支撐臺127和雙視場攝像機141在Y軸上相對。芯片支撐臺127和雙視場攝像機141適合交替插入和移出輸入側陣列支撐臺123和輸出側陣列支撐臺131之間的空隙。
芯片支撐臺127停在第一位置和第二位置(虛線所示)，第二位置遠離支撐臺123和131之間的空隙。在第一位置，具有在X方向成對并相對的第一攝像機152和第一光源156。在第二位置，具有在X方向成對并相對的第二攝像機154和第二光源158。如果需要，每個臺和每個攝像機的位置可以沿著圖12表示的X和Y軸以及與X和Y軸正交的Z軸進行調整。這些元件的角度位置也可以沿著X、Y和Z軸進行調整。由于各種已知的機制都可以作為用于調整這些元件的位置和角度位置的機制，省略了對這些機制的說明。
雙視場攝像機141具有用于拍攝輸入側光纖陣列21的輸出側端面21a的圖像的攝像機42和用于拍攝輸出側光纖陣列29的輸入側端面29a的圖像的攝像機44。設置在支撐臺123和131之間的雙視場攝像機141拍攝上述端面的圖像，以便探測它們的芯的中心。雙視場攝像機141的具體操作與上述實施例中的操作相同，所以省略了對它的說明。在第一位置，根據上述條件，光從第一光源156入射到PLC芯片25的輸出側端面25a，并根據上述條件，第一攝像機152拍攝輸入側端面25b的圖像。在第二位置，根據上述條件，光從第二光源158入射到PLC芯片25的輸入側端面25b，并根據上述條件，第二攝像機154拍攝輸出側端面25a的圖像。這樣，在第一位置，探測PLC芯片的輸入側端面25b的芯位置，并在第二位置探測PLC芯片的輸出側端面25a的芯位置。
接著，將說明使用該連接裝置120對準和連接PLC芯片25和光纖陣列21與29的操作。首先，把在其上支撐PLC芯片的芯片支撐臺127停在第一位置。在該位置，從第一光源156輻射平行光，并用第一攝像機152拍攝輸入側端面25b的圖像。隨后，把芯片支撐臺127移到第二位置，在此，從第二光源158輻射平行光，并用第二攝像機154拍攝輸出側端面25a的圖像，以便進行探測輸出側的芯位置的操作。
同時，把信號光等引入輸入側光纖陣列21和輸出側光纖陣列29。在此狀態(tài)下，用雙視場攝像機141拍攝輸出側端面21a和輸入側端面29a的圖像。基于拍攝結果，進行探測芯的中心的操作。在完成芯位置的探測操作后，把雙視場攝像機141從輸入側陣列支撐臺123和輸出側陣列支撐臺131之間的空隙移出，并把芯片支撐臺127移到這些臺之間的位置。通過各自的支撐臺精確調整由探測過程確定的各自的芯的中心位置，以便對準芯的中心。調整完成后，移動輸入側陣列支撐臺123和輸出側陣列支撐臺131相互靠近，芯片支撐臺127處于中間。如上所述，通過實施本發(fā)明，可以同時進行所謂的粗對準和中間對準的對準操作，并可以將元件的芯的位移減小到幾微米量級。
上述臺的移動停在這樣的狀態(tài)，其中輸入側光纖陣列21，PLC芯片25和輸出側光纖陣列29幾乎相連。在此狀態(tài)下，把信號光引入輸入側光纖陣列21，并基于輸出側光纖陣列29獲得的光信號強度來精確調整輸入側光纖陣列21和PLC芯片25的連接位置。在完成該精確調整后，基于相同狀態(tài)下的光信號強度精確調整PLC芯片25和輸出側光纖陣列29的連接位置。在完成這些精確調整操作后，進行用粘合劑等填充各個元件之間的空隙的操作，以固定和連接各個元件。
由于增加了驅動部分和探測位置的數量，與上述實施例相比此修改實施例在保持對準精度方面具有一些不足。然而，在該修改實施例中，可以很容易地構造改變光源和攝像機的位置和方向的機制，并認為該修改實施例在通用性方面具有優(yōu)點。盡管使用雙視場攝像機拍攝輸入和輸出光纖陣列的端面的圖像，但可以用單攝像機來替代。
通過進行上述對準操作，可以通過一次對準操作將單個元件的芯的位移減小到幾微米量級，并可以立即進行所謂的精確對準操作。此外，基于對攝像機獲得的圖像的分析來探測芯位置，即使包括了實際對準操作所需的時間，分析所需的時間也少于幾秒。因此，通過實施本發(fā)明，與常規(guī)方法相比，可以在更短的時間內制造具有極高精密度的光傳輸模塊。
通過實施本發(fā)明，可以使用攝像機等進行拍攝和二值化處理，進行常規(guī)技術很難做到的如PLC芯片的各種光波導中芯位置的直接探測。因此，與常規(guī)技術相比，可以在更短的時間內更精確地探測芯位置。
此外，由于可以使用圖像獲取裝置得到的端面的圖像來探測芯，與上述日本專利申請公開2003-121686中公開的技術相反，無需使用大而昂貴的如偏光顯微鏡的光學裝置來制造裝置。此外，根據本發(fā)明，可以在支撐PLC芯片和輸入與輸出光纖的臺的移動最小時，進行每個元件的對準和連接操作。因此，可以獲得比常規(guī)技術更高的位置精度，并可以很容易地保持如此高的位置精度。
權利要求
1.一種連接光傳輸模塊的方法，用于對輸入側光纖陣列、光傳輸元件和輸出側光纖陣列進行對準并連接它們的芯，所述光傳輸元件在其內部包括下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個，所述方法包括以下步驟將基本平行光入射到所述光傳輸元件的輸出側端面上，并拍攝所述光傳輸元件的輸入側端面的圖像，來探測在所述輸入側端面處芯的位置；將基本平行光入射到所述光傳輸元件的輸入側端面上，并拍攝所述光傳輸元件的輸出側端面的圖像，來探測在所述輸出側端面處芯的位置；在各自的連接部分處探測所述輸入側光纖陣列的芯和所述輸出側光纖陣列的芯的位置；以及分別將所述輸入側光纖陣列的芯定位在其連接部分處，將所述光傳輸元件的芯定位在其輸入側端面處，將所述光學傳輸元件的芯定位在其輸出側端面處，以及將所述輸出側光纖陣列的芯定位在其連接部分處。
2.根據權利要求1的方法，其中以這樣的入射角將所述基本平行光入射到所述光傳輸元件的所述輸入側端面和所述輸出側端面，以使引入所述光傳輸元件內部的所述基本平行光在下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射。
3.根據權利要求1的方法，其中在拍攝所述光傳輸元件的所述輸入側端面或所述輸出側端面的圖像時，用于拍攝圖像的攝像機在這種狀態(tài)下拍攝所述端面的圖像，其中所述攝像機相對于所述輸入側端面或所述輸出側端面傾斜預定的角度。
4.根據權利要求1的方法，其中在探測位于其連接部分處的所述輸入側光纖陣列和所述輸出側光纖陣列的芯位置的步驟中，光從末端部分而不是所述連接部分引入，并進行探測作為所述芯的中心的、在所述連接部分處觀察到的光圖像中的最亮部分的操作。
5.一種連接光傳輸模塊的裝置，用于對輸入側光纖陣列、光傳輸元件和輸出側光纖陣列進行對準并連接它們的芯，所述光傳輸元件在其內部包括下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個，所述裝置包括支撐所述光傳輸元件的芯片支撐臺；支撐所述輸入側光纖陣列的輸入側陣列支撐臺；支撐所述輸出側光纖陣列的輸出側陣列支撐臺；第一光源，發(fā)射基本平行光從所述光傳輸元件的輸出側端面進入所述光傳輸元件內部；第一攝像機，拍攝由所述第一光源發(fā)出的所述基本平行光顯示的所述光傳輸元件的輸入側端面的圖像；第二光源，發(fā)射基本平行光從所述光傳輸元件的輸入側端面進入所述光傳輸元件內部；第二攝像機，拍攝由所述第二光源發(fā)出的所述基本平行光顯示的所述光傳輸元件其輸入側端面的圖像；第三攝像機，拍攝所述輸入側光纖陣列的端面的圖像；第四攝像機，拍攝所述輸出側光纖陣列的端面的圖像；以及驅動裝置，基于所述第一至第四攝像機拍攝圖像的結果驅動所述輸入側陣列支撐臺，所述芯片支撐臺和所述輸出側陣列支撐臺。
6.根據權利要求5的裝置，其中所述第一光源發(fā)射基本平行光以這樣的角度從所述輸出側端面進入所述光傳輸元件的內部，在該角度下，所述基本平行光在所述光傳輸元件內部的下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射；以及所述第二光源發(fā)射基本平行光并以這樣的角度從所述輸入側端面進入所述光傳輸元件的內部，在該角度下，所述基本平行光在所述光傳輸元件內部的下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射。
7.根據權利要求5的裝置，其中相對于所述光傳輸元件的輸入側端面，以預定角度傾斜設置所述第一攝像機，并相對于所述光傳輸元件的輸出側端面，以預定角度傾斜設置所述第二攝像機。
8.根據權利要求5的裝置，其中在探測位于其連接部分處的輸入側光纖陣列的芯位置的過程中，光從末端部分而不是從所述連接部分引入，以及所述第三攝像機探測作為所述芯的中心的在所述連接部分處觀察到的光圖像中的最亮部分，并在探測位于其連接部分處的輸出側光纖陣列的芯位置的過程中，光從末端部分而不是從所述連接部分引入，以及所述第四攝像機探測作為所述芯的中心的在所述連接部分處觀察到的光圖像中的最亮部分。
9.一種探測光波導中芯位置的方法，所述光波導在其內部包括下基底、芯、包層、粘合層和上基底，所述方法包括以下步驟在這樣的條件下將基本平行光入射到所述光波導的輸出側端面，其中所述基本平行光在下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射；通過第一攝像機拍攝由所述基本平行光顯示的在所述光波導的輸入側端面處的芯的圖像，以探測芯的位置；在這樣的條件下將基本平行光入射到所述光波導的輸入側端面，其中所述基本平行光在下基底、芯、包層、粘合層和上基底中的至少一個邊界表面上全反射；以及通過第二攝像機拍攝由所述基本平行光顯示的在所述光波導的輸出側端面處的芯的圖像，以探測芯的位置。
全文摘要
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有高精度并能在短時間內探測光傳輸模塊內的每個元件的芯的位置的元件連接裝置。為了達到該目的，在根據本發(fā)明的芯位置的探測方法中，在探測PLC芯片的芯時，將平行光入射到PLC芯片的輸出側端面，以便基于由平行光獲得的輸入側端面的圖像來探測芯的位置。此外，當把平行光入射到輸入側端面時，通過所獲得的輸出側端面的圖像來探測芯的位置。
文檔編號G02B6/42GK1576918SQ20041005502
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權日2003年6月30日
發(fā)明者小野關善宏, 金子正明, 中山均, 后藤正憲, 厚澤新次 申請人:Tdk株式會社