(57)【要約】【課題】光学部品間における入射光強度のロスを極めて少なくすることが可能な光学部品の接着固定方法および光学装置を提供する。【解決手段】他の光学部品への入射光強度のロスが所定量だけ増加するように光学部品を所定の一方向に最適光軸位置から変位させる第１工程と、接着硬化による光学部品の可動方向が前記所定の一方向とほぼ同じ方向に規制されるように光学部品と該光学部品を固定基台に固定する位置決め用の台座とを含む系を調整する第２工程と、光学部品と台座、および台座と固定基台、をそれぞれ接着固定する第３工程と、を含む【選択図】図２
2008250002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品から出射される光が他の光学部品に入射するように該光学部品を固定基台に接着固定させる光学部品の接着固定方法において、
前記他の光学部品への入射光強度のロスが所定量だけ増加するように前記光学部品を所定の一方向に最適光軸位置から変位させる第１工程と、
接着硬化による前記光学部品の可動方向が前記所定の一方向とほぼ同じ方向に規制されるように前記光学部品と該光学部品を前記固定基台に固定する位置決め用の台座とを含む系を調整する第２工程と、
前記光学部品と前記台座、および前記台座と前記固定基台、をそれぞれ接着固定する第３工程と、
を含むことを特徴とする光学部品の接着固定方法。
【請求項２】
前記第２工程は、前記光学部品が少なくとも２つの前記台座によって挟み込まれた状態となるように互いを接触させて配置する工程である
ことを特徴とする請求項１に記載の光学部品の接着固定方法。
【請求項３】
前記台座の前記光学部品を載せる面が前記固定基台に対して傾斜した傾斜面であり、
前記少なくとも２つの台座の前記傾斜面を光軸に対して略平行となるようにして向かい合わせ、該各傾斜面が前記光学部品と点または線で接触するように配置を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の光学部品の接着固定方法。
【請求項４】
テスト用サンプルとしての前記光学部品、前記台座、前記他の光学部品、および前記固定基台を用い、該光学部品を最適光軸位置へ配置した状態でこのテスト用サンプルに対して前記第２工程および第３工程を行い、接着固定による該他の光学部品への入射光強度のロスの増加量を測定する事前評価工程を更に含む
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載の光学部品の接着固定方法。
【請求項５】
前記第３工程は、接合する各部材間に光硬化型である第１の接着剤を塗布し光を照射して硬化させる工程と、前記第１の接着剤の塗布領域より広い領域に自己硬化型である第２の接着剤を塗布して硬化させる工程とからなる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１の項に記載の光学部品の接着固定方法。
【請求項６】
前記光学部品は、光学素子と該光学素子を保持する光学素子ホルダとから構成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１の項に記載の光学部品の接着固定方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１の項に記載の光学部品の接着固定方法を用いて、前記光学部品、前記台座、前記他の光学部品、および前記固定基台を接着固定させてなる光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品の接着固定方法および光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学部品を固定基台に固定する方法としては、平面状の接合部分を付き合せたうえで、接着剤を使用して固定するもののほか、接着剤ではなく半田などのろう材をもちいるものや、強力なレーザ光を照射・加熱して被固定材同士を直接溶接する方法などが用いられてきた。
ここで、接着剤を用いる場合においては、接着剤が硬化する際の収縮（以下、硬化収縮）により、被接着物である光学素子の位置ずれや応力の発生が問題となる。位置ずれや応力は光軸のずれを発生させ、光学部品の特性劣化を招くためである。さらに、接着剤が熱硬化性や光硬化性の場合、硬化を行なう際の加熱・冷却に伴い、光学部品・接着剤・固定基台相互の熱膨張係数差により発生する位置ずれや応力が、接着剤の硬化収縮以外による影響以外にも発生する。ろう材を用いた場合も、熱／光硬化型接着剤の場合と同様、ろう材の固化時の収縮や、加熱／冷却に伴い発生する位置ずれや応力が問題となる。レーザ溶接を行なった場合も、溶接部の加熱・冷却による位置ずれや応力発生が起こる上、溶接が点状に行なわれるために位置ずれや応力が局所的に発生し、制御しにくい状態となる。
【０００３】
ところで、近年は光導波路型ＳＨＧ素子を用いた短波長光源や、光導波路型変調素子を用いた光制御器が多く使用されるようになっている。この場合、光学部品自体が光導波路型の光学素子であるか、または光学部品であるレンズ、レーザダイオード、光ファイバなどと光軸調整を行なう対象（光学部品からの出射光の照射相手）が光導波路型の光学素子となる。ここで、これら光学素子における光導波路の寸法は通常数〜１０μｍのため、光軸調整にはサブミクロンオーダーの位置精度が要求される。図６は光導波路型ＳＨＧ素子を用いた短波長光源の例であるが、この場合ＳＨＧ出力光強度を最大値の８０％以上に保つための位置精度は±０．４μｍである。
なお、従来の光学部品の接着固定方法に関する文献として、例えば特許文献１、２が挙げられる。
【特許文献１】特開２００４−２８６９６６号公報
【特許文献２】特開２００５−３００９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学部品間における光結合効率の低下（結合損失）を極めて少なくすることが可能な光学部品の接着固定方法および光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、光学部品から出射される光が他の光学部品に入射するように該光学部品を固定基台に接着固定させる光学部品の接着固定方法において、前記他の光学部品への入射光強度のロスが所定量だけ増加するように前記光学部品を所定の一方向に最適光軸位置から変位させる第１工程と、接着硬化による前記光学部品の可動方向が前記所定の一方向とほぼ同じ方向に規制されるように前記光学部品と該光学部品を前記固定基台に固定する位置決め用の台座とを含む系を調整する第２工程と、前記光学部品と前記台座、および前記台座と前記固定基台、をそれぞれ接着固定する第３工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、接着硬化時に光学部品が最適光軸位置へ向かって変位するので、光学部品間における光結合効率の低下が極めて少ない光学装置を製造することができる。
【０００７】
また本発明は、上記光学部品の接着固定方法において、上記前記第２工程は、前記光学部品が少なくとも２つの前記台座によって挟み込まれた状態となるように互いを接触させて配置する工程であることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、光学部品が台座に挟み込まれているので、光学部品を最適光軸位置へ向けて変位させることができる。
【０００９】
また本発明は、上記光学部品の接着固定方法において、前記台座の前記光学部品を載せる面が前記固定基台に対して傾斜した傾斜面であり、前記少なくとも２つの台座の前記傾斜面を光軸に対して略平行となるようにして向かい合わせ、該各傾斜面が前記光学部品と点または線で接触するように配置を行うことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、台座間の距離を変えることで光学部品の光軸高さを調整することができるとともに、台座の位置を変えることで光学部品の光軸位置を固定基台と平行な方向に調整することができる。さらに、台座の傾斜面と光学部品とが点または線で接触していることによって、接着硬化時において、光学部品は横方向（固定基台と平行で且つ台座の傾斜面を横切る方向）には移動できず、高さ方向（固定基台と垂直な方向）にのみ、僅かに変位することができるようになっている。即ち、光学部品の接着硬化時における可動方向は、一方向に規制された状態となっている。そしてさらに、台座の傾斜面は光軸に略平行（通常±２°以内）であるので、上記横方向は光軸に垂直な方向であり、光学部品は光軸に垂直な方向の動きが高さ方向にのみ限定されることになる。そこで、第１工程における光学部品の変位方向を光軸高さ方向としておくことで、接着硬化時に光学部品は光軸高さ方向に逆向きに変位し最適光軸位置へ移動する。光軸に垂直な方向の位置ずれは、当該光学部品から出射した光の他の光学部品への入射光強度に大きなロスをもたらすので、光軸に垂直な方向の動きが一方向に規制されていることで、上記ロスの制御が容易となる。
【００１１】
また本発明は、上記光学部品の接着固定方法において、テスト用サンプルとしての前記光学部品、前記台座、前記他の光学部品、および前記固定基台を用い、該光学部品を最適光軸位置へ配置した状態でこのテスト用サンプルに対して前記第２工程および第３工程を行い、接着固定による該他の光学部品への入射光強度のロスの増加量を測定する事前評価工程を更に含むことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、接着固定によるロスの増加量を事前評価工程によって求めることができる。したがって、この事前評価工程で求めたロスの増加量の分だけ第１工程で光学部品を変位させることで、光学部品を最適光軸位置へ配置させることができる。
【００１３】
また本発明は、上記光学部品の接着固定方法において、前記第３工程は、接合する各部材間に光硬化型である第１の接着剤を塗布し光を照射して硬化させる工程と、前記第１の接着剤の塗布領域より広い領域に自己硬化型である第２の接着剤を塗布して硬化させる工程とからなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、第１の接着剤を用いた固定を仮固定とし、この仮固定の間だけ光学部品を所定位置に保持しておけばよく、また、光を照射する前は光学部品を自由に位置調整（アライメント）することができる。したがって、接着固定の作業性が向上する。
【００１５】
また本発明は、上記光学部品の接着固定方法において、前記光学部品は、光学素子と該光学素子を保持する光学素子ホルダとから構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、光学素子に接着剤や他の部材が直接触れないので、光学素子特性の信頼性を確保することができる。
【００１７】
また本発明は、上記光学部品の接着固定方法を用いて、前記光学部品、前記台座、前記他の光学部品、および前記固定基台を接着固定させてなる光学装置である。
【００１８】
この発明によれば、光学部品間における入射光強度のロスが極めて少ない良好な特性の光学装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、接着硬化時に光学部品が最適光軸位置へ向かって変位するので、光学部品間における光結合効率の低下を極めて少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による接着固定方法を用いて形成した光学装置の構成を示す斜視図である。この光学装置は、例えばレーザダイオード等の光源から出力された光をレンズ２１によって集光し、光導波路素子３０に形成された光導波路３１へ入射させるものである。
【００２１】
図１において、レンズ２１は、角型の光学素子ホルダ２２と一体になって光学部品２０をなしている。この光学部品２０は、対向した２つの台座１０Ａによって挟持されて、それら台座１０Ａ上に固定されている。各台座１０Ａは、その１つの面１０Ａ−１が固定基台１に対して傾斜した傾斜面となっており、この傾斜面１０Ａ−１がそれぞれ上記角型の光学素子ホルダ２２の角をなす１つの辺と接触することにより、光学部品２０を挟持している。また、台座１０Ａは、固定基台１上に固定されている。台座１０Ａの傾斜面１０Ａ−１は、入射光および光導波路３１の光軸と平行であり、これによりレンズ２１の光軸が入射光および光導波路３１の光軸と平行（図中のＺ軸方向）になるようになっている。
【００２２】
光学部品２０は、２つの台座１０Ａ間の距離を変えることで、上記傾斜面１０Ａ−１と光学素子ホルダ２２の角部との接触位置が変わり、固定基台１に対する高さ（図中のＹ軸方向の位置）が変化する。これにより、レンズ２１の光軸高さを調整することができる。また、光学部品２０と各台座１０Ａとを一体に動かすことで、レンズ２１の光軸を平行移動（図中のＸ軸方向）させることもできる。このようにして、レンズ２１の光軸と光導波路３１の光軸とを合わせる。
【００２３】
図２は、接着固定の手順を示すフロー図である。接着固定の手順は、事前測定（ステップＳ１，Ｓ２）と実製品作製（ステップＳ３〜Ｓ６）の２つの手順からなる。
まず、実製品と同じ部材（図１の各部材）を用いて、光学部品２０を最適光軸位置（光導波路３１への入射光の結合効率が最大（入射光強度が最大）となる位置）へ配置し、その状態での光導波路素子３１からの出力光強度Ｐ０を測定する（ステップＳ１）。光学部品２０には位置決め用微動台へ固定するためのアーム２２Ａが取り付けられており、アーム２２Ａを微動台に固定し、この微動台を用いて光学部品２０の位置を調整する。その後、実製品と同様の接着手順（後述）により、各部材を接着固定し、接着固定後の光導波路素子３１からの出力光強度Ｐ１を測定して、ロスの増加量ΔＰ＝Ｐ０−Ｐ１を求める（ステップＳ２）。なお、この時のロスの増加は、接着剤の硬化によって光学部品２０に位置ずれが生じたことに起因する。
【００２４】
次に、実製品に対して、光導波路素子３１からの出力光強度をモニタしながら、その光強度が最大となるように光学部品２０の位置を調整し、光学部品２０を最適光軸位置へ配置させる（ステップＳ３）。そしてその後、光導波路素子３１からの出力光強度をモニタしながら光学部品２０をＹ方向（固定基台１の上方）へ移動させて、出力光強度がΔＰだけ減少（ロスがΔＰだけ増加）するようにする（ステップＳ４）。以上の光学部品２０の位置調整は、ステップＳ１と同様に、アーム２２Ａを介し微動台を使用することにより行う。なお、ステップＳ４における光学部品２０の移動量は、事前測定の際の光学部品２０の位置ずれ量と等しくなる。
【００２５】
次いで、上記の位置へ配置された光学部品２０に対して、２つの台座１０Ａを横方向から突き当てて、光学部品２０と各台座１０Ａとが接触するようにする。そして、このように各部材が配置された状態において、光学部品２０と各台座１０Ａ、および各台座１０Ａと固定基台１の間に接着剤を塗布し、塗布した接着剤を所定の方法で硬化させる（ステップＳ５）。
【００２６】
光学部品２０は、接着剤が硬化する際の硬化収縮によって−Ｙ方向（固定基台１に近付く方向）に変位する。この時の変位は、事前測定の際に生じた光学部品２０の位置ずれと量および方向が同じである。したがって、接着剤の硬化によって光学部品２０が変位すると、光学部品２０（レンズ２１）の光軸はちょうど最適光軸位置と一致するようになり、光学部品２０と光導波路３１とが最適な結合状態に配置されて固定されることになる（ステップＳ６）。
【００２７】
図３は、接着剤を塗布する方法および塗布位置を説明する図である。
接着剤の塗布は、第１段階と第２段階の２つの工程によって行う。第１段階は各部材を仮固定するための接着固定であり、光硬化型の接着剤を図に示すように、光学部品２０と台座１０Ａの接触する箇所に点状に数箇所塗布し、また、台座１０Ａと固定基台１との間に点状に数箇所塗布する。塗布後、光（例えば紫外光）を照射して接着剤を硬化させる。また、第２段階は各部材を本固定するための接着固定であり、自己硬化型（光照射や加熱を要しない）の接着剤を図に示すように、各部材の接縁部に塗布する。なお、図では台座１０Ａと固定基台１の間に隙間を設けて描いているが、これは接着剤が浸透している様子を分かりやすくするためであり、実際には両者はほぼ密着している。
【００２８】
上記第１段階と第２段階の接着について以下詳述する。
第１段階で用いる接着剤は、光（紫外線）硬化型である。これは、光硬化型接着剤が持つ次のような特長が利点となるためである。
（１）硬化光未照射の状態では硬化しないため、接着剤塗布後の光軸調整が可能。
（２）硬化制御が照射光量の調整で容易であるため、光軸調整完了後は速やかに固定が可能。
（３）接着剤自体の材質選定やフィラー（充填材）の材質・添加量選定により、硬化時の収縮率・粘度等が選択可能。
【００２９】
第１段階の接着工程では、高粘度の光（紫外線）硬化型接着剤を使用し、被接着物である光学部品２０を固定基台１に対して仮固定を行なう。この際、光硬化型接着剤は光学部品２０の外側壁面と台座１０Ａ間ならびに台座１０Ａの外側壁面と固定基台１間に、点状に盛り上げる形で塗布する。接着面（光学部品２０と台座１０Ａの当接部ならびに台座１０Ａと固定基台１の当接面）には染み込まなくてもよい。実際の使用には、１０００ｃｐ以上の粘度を有することが望ましい。なお、高粘度化は通常フィラー量の増加により得ることができる。
【００３０】
ここで、上記のように接着剤を点状に盛り上げる形で塗布するため、硬化時の収縮率が大きい場合、接着部に曲げや引っ張り応力が発生して好ましくない。フィラー量の増加は高粘度化だけでなく低収縮率化にも寄与するため、より好都合である。実際の収縮率は３％を超えないことが望ましく、フィラー量はこの収縮率も考慮の上決定される。
なお、塗布位置は接着面に対して略対称となるような点とし、硬化時の位置ずれを抑制することが好ましい。
【００３１】
光学部品２０は光軸調整（固定位置調整）を行なった後、硬化光（紫外光）を照射して接着剤の硬化を行なう。接着剤は光学部品２０の外側壁面ならびに台座１０Ａの外側壁面に盛り上げるように塗布されているから、硬化光を十分に照射することが可能であり、確実な硬化・位置固定を行なうことが可能である。
【００３２】
第２段階では、低粘度・高浸透性の自己硬化型接着剤を使用し、この接着剤を光学部品２０と台座１０Ａの接縁部ならびに台座１０Ａと固定基台１の接縁部に塗布することで光学部品２０の本固定を行なう。自己硬化型接着剤としては、収縮率が低い方が好ましいことから、２液混合型接着剤を用いることが好ましい。ここで、２液混合型接着剤は、不透明材料間の接着も可能であるが、硬化に時間を要することから、光軸ずれを誘発しやすい。このため、被接着物をあらかじめ仮固定しておく第１段階が必須となる。
【００３３】
ここで、第２段階の接着は、接縁部に塗布した接着剤が固化することにより行われる。また、塗布した接着剤の一部が光学部品２０と台座１０Ａ間の当接部ならびに台座１０Ａと固定基台１間の当接面の微細な隙間に浸透し固化することによっても行われる。なお、接着剤が密着部の微細な隙間に浸透するためには、高浸透性を有することが必要となるが、これは接着剤の材質により選定できる。
【００３４】
なお、以上の説明における接着剤としては、第１段階では光（紫外線）硬化型を用い、第２段階では２液混合型を用いているが、必ずしもこの接着剤に限定されるものではない。例えば、水分硬化型接着剤（被接着物表面および空気中の水分により常温で短時間に重合・硬化する接着剤で、シアノアクリレートを主成分とし、通常「瞬間接着剤」と呼ばれているもの。）であっても、体積収縮が少なく調整されているものであれば、用いることが可能である。この場合、第１段階の接着剤塗布は、光軸調整後におこなわれる。
【００３５】
図４は、本発明の他の実施形態による接着固定方法を用いて形成した光学装置の構成を示す斜視図である。また、図５は、図４の光学装置の場合の接着剤を塗布する方法および塗布位置を説明する図である。この光学装置は、図１のものとは台座１０Ｂの構成が異なり、他の構成は同じである。
【００３６】
台座１０Ｂは、光学部品２０よりも大きな面積を有する傾斜面１０Ｂ−１を備え、この傾斜面１０Ｂ−１には開口部（不図示）が設けられている。この開口部を光が通るようにして台座１０Ｂは配置される。光学部品２０と台座１０Ｂとは傾斜面１０Ｂ−１に沿ってスライド可能となっている。
【００３７】
光学部品２０と台座１０Ｂとの第１段階の接着箇所は、光学部品２０の下部の左右両端部のみとし、ここに光硬化型の接着剤を点状に塗布する。塗布後に光を照射すると、下部にのみ塗布された接着剤の硬化によって、光学部品２０は−Ｙ方向に変位する。第２段階の接着箇所は、光学部品２０と台座１０Ｂの接触部周囲とし、ここに自己硬化型の接着剤を塗布する。これによって、光学部品２０と台座１０Ｂとが完全に固定される。
なお、第１段階の接着固定において、光硬化型の接着剤を光学部品２０の下部と上部の両方に塗布し、下部、上部の順に光を照射して硬化させてもよい。先に下部の接着剤が硬化することにより、この場合も光学部品２０は−Ｙ方向に変位する。
【００３８】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態による接着固定方法を用いて形成した光学装置の構成を示す斜視図である。
【図２】接着固定の手順を示すフロー図である。
【図３】図１の光学装置において接着剤を塗布する方法および塗布位置を説明する図である。
【図４】本発明の他の実施形態による接着固定方法を用いて形成した光学装置の構成を示す斜視図である。
【図５】図４の光学装置において接着剤を塗布する方法および塗布位置を説明する図である。
【図６】光導波路型ＳＨＧ素子における光軸位置ずれと出力光強度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…固定基台  １０Ａ，Ｂ…台座  ２０…光学部品  ２１…レンズ  ２２…光学素子ホルダ  ３０…光導波路素子  ３１…光導波路
【図１】
2008250002.tif 000003
【図２】
2008250002.tif 000004
【図３】
2008250002.tif 000005
【図４】
2008250002.tif 000006
【図５】
2008250002.tif 000007
【図６】
2008250002.tif 000008