(57)【要約】【課題】半球状の凸面を有する第１光学面と、該第１光学面の曲率半径より大きい曲率半径を有する第２光学面とを有する半球状レンズに、入射する光が接着剤に遮られないように、組付調整して半球状レンズを基板に組付けるレンズ組付方法を提供することを目的とする。【解決手段】半球状レンズを鏡筒に組込み、第２光学面と鏡筒の内面との間に接着剤を塗布して硬化させ、その後、鏡筒を基板に空中接着する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸面形状である第１光学面と、該第１光学面の曲率半径より大きい曲率半径を有する第２光学面と、を有するレンズを、基板に組付けるレンズ組付方法であって、
前記レンズを鏡筒に組込む工程と、
前記第２光学面と前記鏡筒の内面との間に第１接着剤を塗布する工程と、
前記第１接着剤を硬化させる工程と、
前記基板の接着面、または、前記レンズを組込まれた前記鏡筒の外側面の接着面、の少なくとも一方に第２接着剤を塗布する工程と、
前記基板の接着面と、前記鏡筒の外側面の接着面とを接触させずに対向させた状態で、かつ、前記基板の接着面と前記鏡筒の外側面の接着面とが、前記第２接着剤を介してつながる状態で、前記レンズを組込まれた前記鏡筒を前記基板に対して位置決め調整する工程と、
前記第２接着剤を硬化させる工程と、
を有することを特徴とするレンズ組付方法。
【請求項２】
前記第１光学面は半球状であることを特徴とする請求項１記載のレンズ組付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク等の光学機器に用いられるレンズを組付けるレンズ組付方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク等の光学機器の技術分野においては、光学設計技術やレンズ作製技術の進歩に伴い、従来にない形状のレンズが開発されている。特に、半導体レーザの応用が進むにつれ、高いＮＡのレンズの利用が多くなりつつある。高いＮＡのレンズの形状は、光学面が半球状となる場合も少なくない。さらに、光学機器の精密化に伴い、レンズは小型化すると供に、レンズを光学機器に組込む際に、位置決め調整を要す場合が増えている。このような小型の半球状レンズを位置決め調整して光学機器に組込むには、小型かつ半球状であるが故に、高度な組付技術の開発が課題であった。
【０００３】
高度な組付技術を開発する課題を達成するために、従来、Ｖ溝形状の位置決め溝にレンズを組付ける手法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
レンズと、光源との位置調整については、Ｖ溝形状に対する光源とレンズとを各々精度よく位置決めして相対的な位置精度を確保する。フォトリソグラフィー法で作製できるＶ溝形状は、形状精度が高いので、難しいレンズの位置決めを精度よく行える。
【特許文献１】特開２００４−３５４６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学機器の高精度化により、半球状レンズの位置決めに要する精度はますます上がっており、特許文献１に開示されている手法のように、光源を設計通りに位置決めできていない場合には、光源からの出射光束の光軸を高い精度でレンズの光軸上に位置決めできない。そのため、半球状レンズをＶ溝に対して浮かした状態で位置決め調整して接着する、いわゆる空中接着が採用される場合がある。
【０００６】
空中接着を行う場合には、Ｖ溝と半球状レンズとの間に空間が生じることから、その空間を埋めるために、多くの接着剤を塗布することになる。すると、Ｖ溝と半球状レンズの接着面が平行に近い面であることから、表面張力によって、接着剤は半球状レンズの光軸方向に伸び渡り、半球状レンズを通過する光を遮ることとなる。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、半球状レンズに入射する光が接着剤に遮られないように、組付調整して接着するレンズ組付方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【０００９】
１．凸面形状である第１光学面と、該第１光学面の曲率半径より大きい曲率半径を有する第２光学面と、を有するレンズを、基板に組付けるレンズ組付方法であって、
前記レンズを鏡筒に組込む工程と、
前記第２光学面と前記鏡筒の内面との間に第１接着剤を塗布する工程と、
前記第１接着剤を硬化させる工程と、
前記基板の接着面、または、前記レンズを組込まれた前記鏡筒の外側面の接着面、の少なくとも一方に第２接着剤を塗布する工程と、
前記基板の接着面と、前記鏡筒の外側面の接着面とを接触させずに対向させた状態で、かつ、前記基板の接着面と前記鏡筒の外側面の接着面とが、前記第２接着剤を介してつながる状態で、前記レンズを組込まれた前記鏡筒を前記基板に対して位置決め調整する工程と、
前記第２接着剤を硬化させる工程と、
を有することを特徴とするレンズ組付方法。
【００１０】
２．前記第１光学面は半球状であることを特徴とする前記１記載のレンズ組付方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レンズに入射する光が接着剤に遮られないように、組付調整して接着する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のレンズ組付方法、実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１は半球状レンズＬ１の光軸に平行な断面での断面形状のバリエーションを示す。組付けるべき半球状レンズＬ１は、半球状の凸面を有する第１光学面３と、第１光学面の曲率半径より大きい曲率半径を有する凸面、平面または凹面を有する第２光学面４とからなる。
【００１４】
図１（ａ）乃至（ｄ）において、第１光学面３は共通して凸の半球状である。図１（ａ）には、半球状レンズＬ１の第２光学面４が凸面の場合を示す。第２光学面４の曲率半径は第１光学面３の曲率半径より大きい。
【００１５】
図１（ｂ）には半球状レンズＬ１の第２光学面４が平面の場合を示す。第２光学面の曲率半径は無限大であり、第２光学面４の曲率半径は第１光学面３の曲率半径より大きい。
【００１６】
図１（ｃ）には半球状レンズＬ１の第２光学面４が凹面の場合を示す。第２光学面４の曲率半径は第１光学面３の曲率半径より大きい。
【００１７】
図１（ｄ）には半球状レンズＬ１の第２光学面４が凹面と平面の組み合わせの場合を示す。この場合、後述するように半導体レーザを鏡筒に接着する際の接着剤は、第１光学面３、第２光学面４供に、外径部に塗布するので、接着剤の塗布面としては図１（ｂ）と同様に平面部に接着剤が塗布されることとなる。
【００１８】
なお、半球状レンズＬ１の第１光学面３は半球状の場合の曲率半径より大きな曲率半径を有していてもよいが、以下は説明の便宜上、半球状であるとする。
【００１９】
図２は半球状レンズＬ１を組付ける対象となる光モジュールＭを示す、光モジュールＭには半導体レーザである光源ＬＤが備えられ、光源ＬＤからの出射光束２１は、使用者の所望の波面生成機能を備えた半球状レンズＬ１によって、波面生成される。例えば光を平行化したり、回折限界にまで集光したりする機能が付与される。
【００２０】
半球状レンズＬ１は円筒状の鏡筒２２に組付けられ、基板上に接着固定される。光源ＬＤは熱伝導率の高いステム２３を介して基板上に接着固定される。光源ＬＤとステム２３との接着剤は熱伝導率の高い材料で構成されており、光源ＬＤの発する熱を、ステム２３を介して基板へ拡散させ、光源ＬＤの熱上昇を防ぐ。光源ＬＤのステム２３への組付は図示しないチップボンダーを用いて行う。光源ＬＤは図示しないワイヤボンダーを用いて配線され、図示しない電源から電力供給されて発光する。光源ＬＤからの出射光束２１の光軸２４は、基板２６に対して平行になるように設定される。
【００２１】
光源ＬＤからの出射光束２１の光軸２４が、半球状レンズＬ１の光軸２５に一致させる光軸調整は、最初に光源ＬＤの基板接着面２７からの高さを所定の高さにあわせ、次に半球状レンズＬ１の光軸２５と光源ＬＤの光軸２４とを合わせる光軸調整を行うことで実施する。
【００２２】
基板２６から光源ＬＤからの出射光束２１の光軸２４までの距離は、ステム２３の形状を所望の大きさに作り込むことで設計値通りに設定する。
【００２３】
次に光源ＬＤからの出射光束の光軸２４と、半球状レンズＬ１の光軸２５との光軸調整を後述の方法で実施する。
【００２４】
半球状レンズＬ１を組付けた鏡筒２２は、基板２６に対して接触させずに接着剤によって固定する、いわゆる空中接着を行う。基板２６に接着剤を塗布する面である基板接着面２７と、鏡筒２２に接着剤を塗布する面である鏡筒接着面２８の間に接着剤が充填され、かつ硬化されている。
【００２５】
次に、半球状レンズＬ１を組込んだ鏡筒２２を基板２６に組付ける組付装置５００について図３を用いて説明する。
【００２６】
組付装置５００は、半球状レンズＬ１から出射した光を受光するＣＣＤ３１、鏡筒２２の位置調整を行うアクチュエータ３２、ＣＣＤ３１からの信号を画像処理する画像処理部３３、アクチュエータ３２を駆動する駆動部３５、画像処理部３３からの信号に対して各種の演算を施したり、駆動部３５に対して駆動信号を送信する演算処理部３４、演算処理部３４の演算結果やアクチュエータ３２の駆動状況などを表示する表示部３６、そして紫外線露光装置３７などからなる。
【００２７】
アクチュエータ３２の種類としては、微調整と租調整とを併せ持つものが好適である。最初に所定の位置に速く移動させ、次に微調整することでレンズの精度よく位置決めする。アクチュエータ３２はサーボモータ（図示せず）、パルスモータ（図示せず）、またはピエゾ素子などの動力で駆動する。アクチュエータ３２は３次元的に駆動できるものが好ましい。アクチュエータ３２には鏡筒２２を保持する保持部３２１が備えられている。半球状レンズＬ１は小型であるので鏡筒２２も小型となることから、鏡筒２２の保持方法には例えば真空吸着法が好適である。すなわち、保持部３２１の先端に真空吸着を行う微小穴を形成し、図示しない真空ポンプを用いて、保持部３２１の微小穴から空気を吸引し、微小穴を鏡筒２２に接触させて鏡筒２２を吸引力で保持する。
【００２８】
駆動部３５は、例えばアクチュエータ３２がパルスモータで構成されている場合には、パルスモータに送信する駆動信号である電気パルスを生成する回路等からなる。サーボモータの場合には、さらに所定の目標位置に位置決めできるようにサーボをかけるサーボ回路を有す。アクチュエータ３２がピエゾ素子の場合には、ピエゾ素子に印加する電圧を得るための昇圧器などからなる。
【００２９】
ＣＣＤ３１は受像面上に得られた像をビデオ信号に変換し、画像処理部３３に送る。画像処理部３３は、ビデオ信号に基づいて、光強度が所定の閾値以上の画素には「１」を与え、光強度が所定の閾値より低い画素には「０」を与えて各画素における光強度の２値化を行い、各画素の２値「１」、「０」で与えられる光強度の情報を有する信号を生成し演算処理部３４に与える。
【００３０】
演算処理部３４は、組付装置５００の各部を統括的に制御する機能を有し、得られた像の光強度の重心を算出する演算等を実行するＣＰＵ、演算プログラム、制御プログラム及びデータ等を記憶するＲＯＭ、ＣＰＵがワークエリアとして利用するＲＡＭ、等から構成されている。
【００３１】
重心を算出する演算は、例えば、ＣＣＤ３１の受像面の画素座標に対して、光強度の重み付け演算を行うなど周知の方法で行うことができる。表示部３６はＣＣＤ３１の受像面に結像されている像の映像と、演算して得られた重心の位置とを表すようになっている。
【００３２】
表示部３６は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等を備えて構成され、演算処理部３４から送られる表示信号の指示に従って、ＣＣＤ３１で撮像した画像、像の重心位置などを表示する。
【００３３】
重心を求める場合には、ＣＣＤ３１のかわりにＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いても良い。その場合、画像処理部３３のかわりにＰＳＤの出力信号を処理する信号処理部を用いる。
【００３４】
紫外線露光装置３７は、超高圧水銀ランプや、紫外線ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を光源として紫外線接着剤に紫外線を照射露光する装置である。紫外線露光装置３７は、内蔵した超高圧水銀ランプや紫外線ＬＥＤからの出射光を露光対象に導くための照射プローブ３８を備えている。照射プローブ３８は紫外線の透過率が高い石英系の光ファイバからなる。なお、紫外線露光装置３７には図示しないアクチュエータが備えられており、接着剤に紫外線を露光する場合には、照射プローブ３８の先端を接着剤近傍に移動させる。紫外線を照射後、照射プローブ３８は所定の位置へ戻るように構成されている。
【００３５】
次に半球状レンズＬ１を光モジュールＭに組込む方法のフローを、図４を用いて説明する。最初にステップＳ１０において、半球状レンズＬ１を図５（ａ）に示すように円筒状の鏡筒２２内に組込む。図５（ａ）では図１（ｂ）で示した半球状レンズＬ１のタイプ、すなわち第１光学面３が半球状であって、第２光学面４が平面のレンズである場合を示す。半球状レンズＬ１の組込みは作業者が手作業で行っても良いし、機械化して自動機を用いて行ってもよい。組込みの際には光軸を中心とした光線有効領域の光学面を傷つけないように注意する。鏡筒２２に半球状レンズＬ１を組込んだ場合の斜視図を図５（ｂ）に示す。
【００３６】
なお、半球状レンズＬ１には図１に示すように、外形に円筒面６を設けることが望ましい。円筒面６を設けることで、鏡筒２２の円筒状の内面に沿って組込め、かつ鏡筒２２にガタなく保持できる。鏡筒２２の内径は半球状レンズＬ１の円筒部の外径よりも僅かに大きく作製しておく。
【００３７】
次にステップＳ１１において、図５（ｃ）に示すように、レンズと鏡筒２２の間に接着剤を塗布する。接着剤は第２光学面４と鏡筒２２との間に塗布する。第１光学面３と第２光学面４とでは、図６に示すように塗布した接着剤の光学面上での伸び方が異なる。第１光学面３は半球状であるので、鏡筒２２の内面と接する部分では、面同士が平行に近く、半球状レンズＬ１の光軸に近づくに従って徐々に、第１光学面３と鏡筒２２の内面との距離が大きくなっていく。
【００３８】
そのため、第１光学面３と鏡筒２２の内面との間に接着剤５１を塗布すると、表面張力により、第１光学面３の上を光軸方向に伸び行くことになってしまう。一方、第２光学面４では、第１光学面３より曲率半径が大きいので、第２光学面４と鏡筒２２の内面とは、光軸２５に近づくに従って離れる距離が大きい。従って、第２光学面４と鏡筒２２の内面との間に接着剤５２を塗布しても、表面張力で接着剤が第２光学面４上に延びわたる長さは短い。以上より第１光学面３に接着剤を塗布すると、光源ＬＤからの出射光束２１が遮られやすく、光の有効使用範囲が小さくなってしまうので、接着剤は第２光学面４にのみ塗布する。
【００３９】
第２光学面４と鏡筒２２の内面との間に接着剤を塗布する方法を図５（ｃ）に示す。接着剤は紫外線硬化型接着剤を用い、接着剤は注射器４０を用いて塗布する。注射器４０は接着剤タンク４１と注射針４２からなる。接着剤タンク４１はシリンダとピストンからなり、ピストンは図示しない圧縮空気供給装置からの圧縮空気によってシリンダ内圧を高めるように駆動され、注射針先端から接着剤が吐出される。接着剤は、上記のように第２光学面４と鏡筒２２の内面との間に図５（ｃ）のように肉盛り接着する。注射針４２の先端を鏡筒２２の内面と第２光学面４との間に沿って円周状に移動させながら塗布していく。塗布を終わった後の半球状レンズＬ１の断面を図５（ｄ）に示す。上記のように鏡筒２２の内面と第２光学面４とのなす角は大きいため表面張力で接着剤が第２光学面４の上に沿って伸び渡ることはない。
【００４０】
次にステップＳ１２において、接着剤を硬化させる。演算処理部３４は、図示しないアクチュエータ３２を用いて照射プローブ３８の先端を半球状レンズＬ１に接近させる。その後、紫外線露光装置３７に紫外線を照射させる。具体的には、紫外線露光装置３７が超高圧水銀ランプを内蔵している場合には、照射プローブ３８と超高圧水銀ランプとの間に備えられたシャッターを、モータを用いて開く。紫外線硬化型接着剤は、照射する紫外線量が少ないと硬化が不完全となり、紫外線量が多いと熱ショックを半球状レンズＬ１とその周辺に与えることになってしまうので、適度な紫外線量を選択して照射する。紫外線量の制御はシャッターを開く時間で制御する。なお、紫外線照射が終了した後は、照射プローブ３８の先端を元に位置に戻しておく。
【００４１】
次にステップＳ１３において、組付装置においてレンズを搭載する前に光源ＬＤからの出射光束２１の重心位置（光軸位置とも称す）を求める。図３において、半球状レンズＬ１を組込んだ鏡筒２２を光モジュールＭに組込まない状態で光源ＬＤからの出射光束２１をそのままＣＣＤ３１に入射させる。光源ＬＤの光軸位置をＣＣＤ３１の受像面の座標値として求める。具体的には、前述のように、ＣＣＤ３１からの信号を画像処理部３３が受け、表示部３６上に像Ｉを映し出すと供に、演算処理部３４が重心を求めて表示部３６に座標６１を表し、その重心位置が図７に示すように十字状のマークＣとして映し出される。この座標６１は、演算処理部３４に設けた図示しないＲＡＭなどの記憶部に記憶され、また、表示部３６上のそのまま映し出し続けることも可能である。
【００４２】
次にステップＳ１４において、レンズを組込んだ鏡筒２２と、光モジュールＭの基板２６とを調整して接着するために、鏡筒２２、基板２６の少なくとも一方の接着面に接着剤を塗布する。両方に塗布してもよいし、一方に塗布してもよい。
【００４３】
次にステップＳ１５において、基板２６に対して鏡筒２２を位置決めするために、図３に示すように、レンズを組込んだ鏡筒２２を保持部３２１で保持しつつ、光源ＬＤからの出射光束２１を、半球状レンズＬ１を通過させ、通過した光をＣＣＤ３１に入射させる。この時、同図に示すように、塗布した硬化前の接着剤が鏡筒２２と基板２６との間に渡せられ、鏡筒２２と基板２６とが繋がるように接着剤の量を定めておくことが好ましい。位置決め後に紫外線を照射して接着剤を硬化させて鏡筒２２と基板２６とを固定するためである。
【００４４】
次にステップＳ１６において、半球状レンズＬ１を通過した光のＣＣＤ３１の受像面上の重心位置が先に求めておいた、光源ＬＤからの出射光束２１の重心位置と重なるように光軸調整を行う。半球状レンズＬ１を通過した光の重心位置は上記の方法により求めることができる。光源ＬＤからの出射光束２１の重心位置と半球状レンズＬ１を通過した光の重心位置との相違の許容値は、用いる光モジュールＭによって異なるので、各々の光モジュールＭに合わせて許容値を定める。光軸調整はアクチュエータ３２を用いて行なわれる。具体的には、表示部３６に示された半球状レンズＬ１を通過した光の重心位置と、先に求めておいた光源ＬＤからの出射光束２１の重心位置と比較し、演算処理部３４が重心間の距離を算出し、許容値に収まるようにアクチュエータ３２を駆動させる駆動部３５に移動量の指示を送り移動させる。
【００４５】
次にステップＳ１７において、上記と同様の方法で接着剤を硬化させる。
【００４６】
ところで、半球状レンズＬ１を移動させるために動かしたアクチュエータ３２の距離と、実際に半球状レンズＬ１が動いた距離とが異なる場合がある。例えば、半球状レンズＬ１を移動させるアクチュエータ３２にバックラッシュやロストモーションを有している場合である。そのため、１回の半球状レンズＬ１の移動だけでは、許容値内に収まらない場合がある。その場合はさらに同様の工程を繰り返して傾き調整を行う。なお、予めそのようなバックラッシュやロストモーションの量が判明している場合には、それらの量を考慮して半球状レンズＬ１を移動させれば、１回の移動で許容値内に傾き調整できるので、バックラッシュやロストモーションの量を測定しておくことが望ましい。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、半球状レンズに入射する光が接着剤に遮られないように、組付調整して接着する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態における半球状レンズＬ１の光軸に平行な断面での断面形状のバリエーションを示す概略構成図である。
【図２】本実施形態における半球状レンズＬ１を組付ける対象となる光モジュールＭを示す概略図である。
【図３】本実施形態における半球状レンズＬ１を組込んだ鏡筒２２を基板２６に組付ける組付装置５００を示す概念図である。
【図４】本実施形態におけるレンズ組付方法のフローチャートである。
【図５】本実施形態における半球状レンズＬ１と鏡筒２２との間に接着剤を塗布する方法を表す概念図である。
【図６】本実施形態における半球状レンズＬ１と鏡筒２２との間に塗布された接着剤が表面張力で伸び渡る様子を表す概念図である。
【図７】本実施形態におけるＣＣＤ３１の受像面上での像の概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｌ１  半球状レンズ
ＬＤ  光源
Ｍ  光モジュール
３  第１光学面
４  第２光学面
６  円筒面
２１  出射光束
２３  ステム
２４、２５  光軸
２６  基板
２７  基板接着面
２８  鏡筒接着面
３１  ＣＣＤ
３２  アクチュエータ
３３  画像処理部
３４  演算処理部
３５  駆動部
３６  表示部
３７  紫外線露光装置
３８  照射プローブ
４０  注射器
４１  接着剤タンク
４２  注射針
５１  接着剤
６１  座標
３２１  保持部
５００  組付装置
【図１】
2010054676.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010054676.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010054676.tif 000008
【図７】
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