(57)【要約】【課題】レーザ接合による光学部品固定時の応力および歪を低減させ、収差の発生しない固定を実現することが可能な光学部品の接合方法および光学ユニットを提供すること。【解決手段】樹脂製保持具に樹脂製光学部品を接触させ保持する第１工程と、レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第２工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第３工程と、前記レーザ光を照射することで前記樹脂製光学部品の有効径外領域と前記樹脂製保持具とを溶融させ固定する第４工程を有することで解決できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製保持具に樹脂製光学部品を接触させ保持する第１工程と、レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第２工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第３工程と、前記レーザ光を照射することで前記樹脂製光学部品の有効径外領域と前記樹脂製保持具とを溶融させ固定する第４工程を有することを特徴とする光学部品の接合方法。
【請求項２】
前記第４工程は、前記樹脂製保持具のみにレーザ光を照射し、熱伝導により前記樹脂製光学部品を溶融させる工程であることを特徴とする請求項１記載の光学部品の接合方法。
【請求項３】
前記第４工程は、前記樹脂製保持具に照射エネルギの５０〜９０％を照射し、残りをレンズに照射する工程であることを特徴とする請求項１記載の光学部品の接合方法。
【請求項４】
切り欠き部を有する樹脂製光学部品と、前記樹脂製光学部品の融点よりも高い融点を有する樹脂製保持具を有し、前記樹脂製保持具のレーザ照射位置が前記樹脂製光学部品の接合面より低く、かつ切り欠き部より高い形状を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項５】
樹脂製光学部品および樹脂製光学部品は、溶融した形跡を有することを特徴とする請求項４記載の光学ユニット。
【請求項６】
樹脂製保持具に光学部品を接触させ保持する第５工程と、レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第６工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第７工程と、前記レーザ光を照射することで前記樹脂製保持具の溶融樹脂の一部を蒸発させ、溶融樹脂内部に空孔を発生させた後、前記光学部品上に堆積させ固定する第８工程を有することを特徴とする光学部品の接合方法。
【請求項７】
前記溶融樹脂の正面より不活性ガスを噴出させ、前記不活性ガスを前記溶融樹脂内に取り込むことで前記溶融樹脂内部に空孔を発生させる第９工程を有することを特徴とする請求項６記載の光学部品の接合方法。
【請求項８】
樹脂製保持具に光学部品を接触させ保持する第１０工程と、レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第１１工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第１２工程と、前記レーザ光を照射することで前記光学部品の上面を固定する第１３工程と、前記光学部品の下面を固定する第１４工程を有することを特徴とする光学部品の接合方法。
【請求項９】
樹脂製保持具にガラス製光学部品を接触させ保持する第１５工程と、前記レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第１６工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第１７工程と、前記レーザ光を照射することで前記光学部品の側面および上下面を固定する第１８工程を有することを特徴とする光学部品の接合方法。
【請求項１０】
前記樹脂製保持具は前記ガラス製光学部分の接合位置近傍にスリット部を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項１１】
光学部品の材質は、樹脂，ガラス，金属の少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【請求項１２】
光学部品は、板形状で一辺の大きさが他の辺に比べ１／１０倍以下であることを特徴とする請求項６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【請求項１３】
樹脂製保持具は、光学部品を支持する支持部を有し、前記光学部品の上面よりも高い壁部を有することを特徴とする請求項４又は１０に記載の光学ユニット。
【請求項１４】
樹脂製保持具に樹脂製光学部品を接触させ保持した後、樹脂製保持具を回転させる工程を有することを特徴とする請求項１，６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【請求項１５】
レーザ光を照射する際に、前記レーザ光の照射方向を回転させる工程を有することを特徴とする請求項１，６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【請求項１６】
レーザ光として集光された円状光を照射する工程を有することを特徴とする請求項１，６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【請求項１７】
レーザ光として線状光を照射する工程を有することを特徴とする請求項１，６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【請求項１８】
レーザ光として、半導体がスタックされた線状レーザ光源、スリットを通し線状にしたレーザ光、シリンドリカルレンズに平行光を通して線状にした光の少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項１，６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【請求項１９】
レーザ光源として、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザの少なくともいずれか一つを用いることを特徴とする請求項１，６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【請求項２０】
不活性ガスとして、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの少なくともいずれか一つを用いることを特徴とする請求項１，６，８，９の何れか一項に記載の光学部品の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスク型情報記憶媒体への記録手段である光ピックアップをはじめとする光学ユニットに関する光学部品の接合方法および光学ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学部品の固定方法は、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。以下に図面を用いて従来の技術を説明する。図１４に従来の光学部品の固定方法の斜視図、図１５に側面図を示す。
【０００３】
図１４および図１５において１００は肉厚部１０１ａと肉薄部１０１ｂを有し、熱膨張係数が約７×１０−６／Ｋであるガラス製の三角プリズム、１０１は接着用台座部１０１ａと非接着受台座部１０１ｂより構成され、上面はガラスが接触しても歪を発生させず接着剤との接着性が良い表面で、熱膨張係数が約２４×１０−６／Ｋであるアルミニウム製部品で光学部品を固定するための台座、１０２はガラスおよびアルミニウムとの接着性を有し、紫外線の照射により硬化する接着剤、１０３は接着用台座部１０１ａの上面に垂直に取り付けられ、三角プリズム１００の固定位置に調整された肉厚部立壁、１０４は非接着受台座部１０１ｂの上面に垂直に取り付けられ、三角プリズム１００の固定位置に調整された肉薄部立壁である。
【０００４】
以上の構成を持つ従来の光学部品固定方法の動作を説明する。図１４および図１５において、台座１０１の接着用台座部１０１ａ上面に接着剤１０２を塗布し、三角プリズム１００の肉厚部１００ａを接着用台座部１０１ａに塗布した接着剤１０２と接触させ、肉薄部１００ｂを非接触受台座部１０１ｂ上面に接触させ、肉厚部１００ａの一面を肉厚部立壁１０３に当て、肉薄部１０１ｂの一面を肉薄部立壁１０４に当て、三角プリズム１００の位置を固定位置に合わせる。接着剤１０２に紫外線を照射し硬化させ、接着用台座部１０ａと三角プリズム１００の肉厚部１００ａを固定する。この際、三角プリズム１００の肉薄部１００ｂは非接触受台座部１０１ｂに隙間なく接触し、三角プリズム１００が圧縮されないようにする。
【０００５】
図１４および図１５において、三角プリズム１００の肉厚が厚いため剛性が高く接着面積が小さい肉厚部１００ａのみを接着用台座部１０１ａに接着するため、接着剤１０２の硬化収縮による影響が軽減され三角プリズム１００に生じる歪が低減される。また、三角プリズム１００の肉薄部１００ｂを非接着受台座部１０１ｂに接触させることで三角プリズム１００の自重および外力によるモーメントの発生を防ぎ、歪を低減することが可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３０３０３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような構成では、高密度化が期待される記録型ＤＶＤ用光ピックアップに用いられる光学部品を固定する際、収差が未だ大きいという問題を有している。以下にその理由を述べる。
【０００８】
光学部品を接合する際に発生する収差の主な原因は、歪による形状変化、および内部応力による屈折率の変化が考えられる。光ディスクの高密度化、光ピックアップの高性能化に伴い、光学部品の高精度化、高性能化、微小化が進んでおり、肉厚部を有する部品が減少し、薄い平板のガラス製光学部品あるいは樹脂製光学部品を用いることが多い。薄い平板は厚い板に比べ剛性が低く、樹脂材はガラス材に比べ材料特性として剛性が低いため、接着剤の凝固収縮により大きな応力が発生し、それに伴う歪が生じる。応力および歪を低減させるために接着面積を低減した場合には、強度が不足するという問題が生じるため、収差を発生させずに固定することは困難である。
【０００９】
従来の技術では、アルミニウム材への光学部品の接合について記述されているが、台座（被接合材）が樹脂の場合であっても、接着剤が凝固する際の収縮により光学部品の応力が発生し、歪による収差の悪化が課題である。
【００１０】
以上説明したように、従来の接合方法では、内部応力および歪が大きく収差が発生するため、光学特性が低下するという課題を有する。
【００１１】
本発明では上記課題を鑑み、光学部品に生じる応力および歪を軽減することにより、光学部品の収差を低減し光学特性の向上が可能な光学部品の接合方法および光学ユニットを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、樹脂製保持具に樹脂製光学部品を接触させ保持する第１工程と、レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第２工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第３工程と、前記レーザ光を照射することで前記樹脂製光学部品の有効径外領域と前記樹脂製保持具とを溶融させ固定する第４工程を有することを特徴としたものである。あるいは、樹脂製保持具に光学部品を接触させ保持する第５工程と、レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第６工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第７工程と、前記レーザ光を照射することで前記樹脂製保持具の溶融樹脂の一部を蒸発させ、溶融樹脂内部に空孔を発生させた後、前記光学部品上に堆積させ固定する第８工程を有することを特徴としたものである。あるいは、樹脂製保持具に光学部品を接触させ保持する第１０工程と、レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第１１工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第１２工程と、前記レーザ光を照射することで前記光学部品の上面を固定する第１３工程と、前記光学部品の下面を固定する第１４工程を有することを特徴としたものである。あるいは、樹脂製保持具にガラス製光学部品を接触させ保持する第１５工程と、前記レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第１６工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第１７工程と、前記レーザ光を照射することで前記光学部品の側面および上下面を固定する第１８工程を有することを特徴としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における樹脂部品へ光学部品を収差を発生させることなく接合する方法を実現するための構成図を示す。
【００１４】
図１において、１は可視光および近赤外領域の光を透過し、溶融温度が約１８０℃前後、分解温度が４００℃〜５００℃の樹脂製のレンズであり、図２（１）にレンズ１の形状を示し、ａ１はレンズ径で外形が円形、ａ２はレンズ径よりも小さい有効径、ａ３はレンズ上面、ａ４は有効径より外側の固定代であり、ａ５は固定代高さ、固定代の角の固定代の幅より小さい切り欠き部ａ６が設けられ、ａ７は切り欠き部高さである。２は溶融温度がレンズ１より高く約２８０℃、分解温度はレンズ１とほぼ同じ４００℃〜５００℃である樹脂製ホルダである。
【００１５】
また、図２（２）は、樹脂製ホルダ２の形状を示す。図２（２）において、ｂ１はレンズ１を保持するためのレンズ径より大きい円状の穴部で、ｂ２は穴部の内径より内側には光学部品１の固定代より幅が小さく、かつ切り欠き部より幅が大きいリング状のレンズ支持部、ｂ３はホルダ壁部、ｂ４はレンズ１の固定代高さより低く、かつ切り欠き部高さより高い穴部内壁、ｂ５はホルダ壁部上面、ｂ６はホルダ壁部上面と穴部内壁により構成されるホルダ内角部である。
【００１６】
３は樹脂製ホルダ２が入り支持する形状の穴部、および図には示していないが穴に挿入されたワークを固定するボルトを有し、穴部中心と固定された樹脂製ホルダ２の中心が一致するように設定されたホルダ固定装置、４はホルダ固定装置３が固定され、軸ぶれなく設定した速度での回転が可能で、樹脂製ホルダ２の穴部の中心がモータ装置４の回転中心に一致するように設置されたモータ装置、５は波長８０８ｎｍのレーザ光の発振部とコア径が０．６ｍｍの光ファイバを有し、発振されたレーザ光が光ファイバを透過し円形のファイバ端面より放射線状に拡散光が出射され、中央部の強度が高い強度分布を有し、０．５ｍＷ以下でＬＤ発光し、３０ｍＷ程度までパワーを変化させることが可能な半導体スポットレーザユニットである。
【００１７】
また６は焦点距離がｆ１で、半導体スポットレーザユニット５の光ファイバ端の出射面より法線方向に焦点距離ｆ１離れた位置に設置され、出射光が遮られることなく入射するように開口数が十分大きいコリメートレンズ、７は焦点距離がｆ２で、光軸がコリメートレンズ６の光軸と同軸になるように調整され、レンズ１と樹脂製ホルダ２の接合位置より焦点距離ｆ２離れて配置され、コリメートレンズ６を透過したレーザ光が遮られることなく入射するように開口数が十分大きい集光レンズである。
【００１８】
また８はコリメートレンズ６および集光レンズ７が固定され、内部を通る光が遮られないように十分大きな直径を有する鏡筒、９は鏡筒８が固定され、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ方向の移動が可能な移動装置、１０は半導体レーザ５ユニットより出射されたレーザ光がコリメートレンズ６および集光レンズ７を透過した円状のスポットレーザ光、１１はスポットレーザ光１０がレンズ１および樹脂製ホルダ２へ当たるスポットレーザ照射位置、１２は撮像素子面の法線方向にスポットレーザ照射位置１１があるように設置されたＣＣＤカメラである。
【００１９】
また、１３は焦点距離がｆ３で、レーザ照射位置の像がＣＣＤカメラの撮像素子面に拡大され結像するように、レーザ照射位置からの距離Ｌ１がＣＣＤカメラからの距離Ｌ２より短い位置に固定され、拡大光学系を構成する結像レンズ、１４はＣＣＤカメラ１０より映像および音声を伝える信号ケーブルにより結ばれたモニタ、１５はレーザ照射位置近くに噴出し口が配置され、図には示していないが他方は窒素ボンベに接続され、レーザ光およびＣＣＤカメラ撮像範囲に干渉しない位置に設置された円筒チューブ、１６はチューブ１５に取り付けられ、内部を通過する気体の流量を測定することが可能な流量計、１７はチューブ１５に取り付けられ、内部を通過する気体の流量を制御することが可能なバルブである。
【００２０】
以上の要素により構成される装置の動作を説明する。
【００２１】
レンズ１の固定代下面を樹脂製ホルダ２のリング状のレンズ支持部ｂ２に接触させるように、レンズ１を樹脂製ホルダ２の穴部に挿入する。樹脂製ホルダ２をモータ装置４に固定されたホルダ固定装置３にボルトにより固定し、モータ装置４を回転させることでホルダ固定装置３を回転させ、モータ装置４の回転中心と樹脂製ホルダ２の穴部中心を一致させ、一体として回転させる。
【００２２】
この際、スポットレーザ照射位置１１近傍の像が拡大されＣＣＤカメラ１２上に結像され、モニタ１４にレーザ照射位置近傍の像が得られる。
【００２３】
次に、スポットレーザ光１０が樹脂製ホルダ２に集光点で当たり、樹脂製ホルダ２が溶融しない程度に弱いパワーで半導体スポットレーザユニット５を発振させモニタ１４上に弱い光により示された位置がスポットレーザ照射位置１１であり、移動装置９を用いて、鏡筒８をθｘ、θｙ方向に回転させ、レーザ光１０の光軸をレンズ上面ａ３より約６５度傾けて固定し、約Ｘ、Ｙに移動させることでスポットレーザ照射位置１１を移動させ接合する位置をモニタ１４により確認し決定する。
【００２４】
その後、鏡筒をＺ方向に移動させることでスポットレーザ光１０の集光点より集光レンズ７と反対方向に約１．５ｍｍ離れた点が樹脂製ホルダ２に当たるようにする。チューブ１５はレンズ１表面に樹脂の蒸発による汚れが付着しないように窒素ガスを噴出させるためのもので、流量計１６を確認しながらバルブ１７により窒素ガス流量を調整し、スポットレーザ照射位置１１近傍に窒素ガスを噴出させる。その後、半導体スポットレーザユニット５の発振条件を設定しレーザを照射する。
【００２５】
次に、レンズ１と樹脂製ホルダ２をレーザ照射により収差の発生無く接合する方法について説明する。図３（ａ１）にレーザ接合部断面図、図３（ａ２）に樹脂製ホルダ２のレーザ接合位置の斜視図を示す。樹脂製ホルダ２の壁部上面ｂ５と内壁より構成されるホルダ内角部ｂ６にスポットレーザ光１０の中心が当たるようにスポットレーザ照射位置１１を移動させ接合位置を決めた後、レーザユニット５を樹脂製ホルダ２が溶融し流れ出すパワーに設定しレーザ照射する。レーザユニット５のパワー設定は被照射部材の熱容量、表面粗さ、熱伝導率、材質により変動するため、部材ごとに最適な値に設定する必要がある。
【００２６】
また、スポットレーザ光１０を集光点より集光レンズと反対方向に１．５ｍｍ遠ざけた位置で照射するのは、集光点ではスポットレーザ光１０の中央部が周囲に比べ光強度が強く、接合する前に樹脂製ホルダの一部が高温になり分解しやすい。樹脂は分解温度以上になると特性を失うため、分解をできるだけ抑制する必要がある。集光点から離れた位置では照射面積が大きくなり、スポットレーザ光１０はなだらかな強度分布に変換されるため、樹脂の分解を抑制する効果を期待できる。
【００２７】
また、レーザ照射時、スポットレーザ光１０がレンズ１に当たると屈折し光路が変わるが、レンズ１に切り欠き部ａ６を設けているため、スポットレーザ光１０はレンズ１にほとんど当たらず、一部当たったとしてもレーザ光は屈折した後、樹脂製ホルダに照射されるため溶融状態はほとんど変わらない。
【００２８】
図３はレーザ照射によるレンズ１および樹脂製ホルダ２の溶融、固化状態を示す。レーザ照射中はスポットレーザ光１０の中央部の強度が強いため、樹脂製ホルダ２に照射領域の中心部が高温となる温度勾配が生じ、温度の高いホルダ内角部ｂ６から溶融が進む（図３（ａ１））。レーザ照射を継続している間、溶融した樹脂レンズ１の方向にも流れ出し（図３（ｂ））、レンズ１と樹脂製ホルダ２間の隙間を埋め、レンズ１の切り欠き部ａ６および固定代ａ３上に覆い被さり、樹脂製ホルダ２の溶融樹脂の熱伝導により溶融する。レーザ照射を停止すれば、レンズ１と樹脂製ホルダ２が固化し接合させることができる（図３（ｃ））。
【００２９】
良好な接合のためには、樹脂製ホルダ２にレーザ照射する際に適切なパワーＰおよび線速度Ｖを選ぶ必要がある。本発明における構成では、線速度Ｖはモータ装置４の回転速度Ｒに比例して決まる。図４にレーザパワーＰを一定とした場合の線速度Ｖによる溶融状態の相違を示す。線速度Ｖが早過ぎる場合には、ホルダ樹脂の溶融量が少なくレンズ１まで到達せず接合は不可能となり（図４（ａ））、線速度Ｖが遅過ぎる場合には、溶融したホルダ樹脂の熱伝導によりレンズが内径方向へ溶け進む速度に比べ、ホルダ樹脂の溶融量が不十分となるため接合は不可能となる（図４（ｂ））。このため、溶融したホルダ樹脂がレンズ１に到達し、レンズ１が少し溶融した状態で接合するようにパワーＰ、および線速度Ｖを設定する（図３（ｃ））。
【００３０】
図５を用いて、接合の際に発生する歪が軽減される理由について述べる。レーザ照射により溶融したホルダ樹脂（ＭＨ）およびレンズ樹脂（ＭＬ）は、液体で流動的である（図５（ａ））。レーザの照射を停止した後、レンズ１および樹脂製ホルダ２の溶融部は表層部より徐々に冷却されるが、まず融点が高い樹脂製ホルダ２（ＳＨ）がレンズの融点まで冷却され凝固し歪ε１が生じた際も、融点の低いレンズ１は溶融状態（ＭＬ）にあり溶融部内部は流動的であるため、樹脂製ホルダ２の歪ε１により引っ張られない（図５（ｂ））。
【００３１】
さらに、レンズの融点より低い温度になり室温まで低下することで、樹脂製ホルダ２は歪ε２、レンズ１（ＳＬ）は凝固し歪ε３を生じる。収縮による歪は温度差の関数として表され、本発明においては、凝固時の歪の原因となりうる温度差が小さく、レンズが円形で剛性が高いため歪はほとんど生じず、収差のほとんどない接合が可能となる。
【００３２】
以上、説明したように、第１の実施の形態によれば、スポットレーザ光１０を位置決めした後、樹脂製ホルダ２上に集光点より約１．５ｍｍ遠ざけた位置で照射し、ホルダ樹脂を溶融させ、樹脂レンズの固定代ａ３の一部が溶融した状態で接合されるように、線速度ＶおよびパワーＰを設定することで、接合時の樹脂製ホルダ２の収縮により、レンズ１に生じる応力および歪が緩和され、接合前後で数ｍλ以下というほとんど収差変動のない固定が可能となる。
【００３３】
なお、スポットレーザ光１０を照射する際には、集光点が樹脂製ホルダ２に当たる状態で接合しても良いし、集光点より離す距離を１．５ｍｍさらに大きく、あるいは小さく設定し、良好な溶融状態が得られる線速度ＶおよびパワーＰに設定し接合してもよいし、レンズ１および樹脂製ホルダ２を回転させず照射位置を固定したまま、あるいは、スポットレーザ光１０の照射方向を回転させて照射しても、同様の効果が得られる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態における樹脂部品へ光学部品を収差を発生させることなく接合する方法を実現するための構成図を示す。図６において、図１と同一機能をもつものは同一符号を付し、説明を省略する。
【００３５】
２１は可視光および近赤外領域の光を透過し、外形寸法がミリオーダで、厚さがサブミリオーダの正方形の板状のガラス製光学部品で、図７（１）に形状を示す。ｃ１は最外辺より内側に設定された有効領域、ｃ２は有効領域より外側の固定代、ｃ３は厚さである。２２は樹脂製ホルダ２と同様の材質で、図７（２）に形状を示す角形ホルダである。ｄ１は光学部品２１の外形と相似形状で光学部品２１より大きい穴部、ｄ２は挿入された光学部品を支持する為、光学部品の有効領域に侵入しないが固定代を支持するに十分な大きさを有する支持部、ｄ３は高さが光学部品２１の厚さｃ３より大きい穴部内壁、ｄ４は壁部である。２３はＸ方向は中央部が強い強度分布を有する平行光、かつＹ方向は広がり角を持つ線状のレーザビームを照射できるように固定された半導体ラインレーザユニット、２４は半導体ラインレーザユニット２３に固定され、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｙ、θｚ方向への移動が可能な移動装置、２５は半導体ラインレーザユニット２３より照射されたラインレーザ光、２６はラインレーザ光が角形ホルダ２２に当たる位置を示すレーザ照射位置である。
【００３６】
以上の要素により構成される装置の動作について第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００３７】
本発明の第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、被接合部品がガラス製光学部品２１と角形ホルダ２２の組み合わせであることと、半導体スポットレーザユニット５に代わり半導体ラインレーザユニット２３を用いることにある。
【００３８】
光学部品２１の固定代下面を角形ホルダ２２の受け面に接触させるように角形ホルダ２２の穴部に挿入する。次に、レーザの照射位置の位置合わせを行う。レーザ光２４が照射されても角形ホルダ２２が溶融しない程度に弱いパワーで半導体ラインレーザユニット２３を発振させ、移動装置２４を用いて半導体ラインレーザユニット２３をθｙ方向に光学部品２１上面より６５°傾けて固定し、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動させラインレーザ光３５を移動させ、θｚ方向に移動させることでラインレーザ光２５と樹脂製ホルダの穴内壁部ｄ３との平行になるように姿勢調整し、モニタ１４上に示された弱い光を見ながらレーザ照射位置２６を決める。
【００３９】
ラインレーザ光２５はＹ方向に広がり角を有するため、半導体ラインレーザユニット２３を移動装置２４により移動させＺ方向の位置を決める。半導体ラインレーザユニット２３を角形ホルダ２２に近づけると照射幅が狭くなるに伴い単位照射面積あたりのエネルギ（エネルギ密度）が大きくなり、遠ざけると照射幅が広くなるに伴いエネルギ密度が小さくなるため、ラインレーザ光２５が接合領域全域に照射される位置にＺ方向の位置を固定する。その後、半導体ラインレーザユニット２３の発振条件を設定しレーザを照射しレーザ接合を実施する。
【００４０】
次に、第２の実施の形態におけるガラス製光学部品２１と角形ホルダ２２のレーザ接合方向について説明する。図８はレーザ照射時の溶融状態を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分、すなわちレーザ照射による部品の接合工程について説明する。ガラス製光学部品２１は、樹脂製光学部品１と異なり、５００℃以上で軟化を始める。樹脂製ホルダ２の融点の方が低温であるため溶融樹脂の熱伝導では溶融せず、樹脂が凝固収縮する際の歪がほとんど全て光学部品に力として作用する。光学部品に作用する力を低減させるためには溶融樹脂の収縮歪を低減する必要がある。
【００４１】
角形ホルダ２２の壁部内壁ｄ３で、挿入された光学部品２３上面と壁部上面の中間の高さにレーザ照射位置２６を移動させる。半導体ラインビームユニット２３より照射されるレーザ光２５はＸ方向に強度分布を有しているため、ラインレーザ照射中は角形ホルダ２２上にレーザ強度が強いＸ方向中央部が高い温度勾配が生じ、高温部より溶融が進む（図８（１））。溶融した樹脂は光学部品２１の方向に流れ出し、高温の液体となった樹脂は対流する。この時、高温部の一部（図８（２ａ）Ａ部）を熱分解温度まで上昇させ、発生した樹脂蒸気を液体樹脂の対流に乗せ、溶融部内部に取り込み（図８（２ｂ））、レーザ照射中に樹脂蒸気を溶融部全体に散りばめ固化させる（図８（２ｃ））。樹脂蒸気を囲い込むことで、凝固収縮する樹脂の体積が減少する。
【００４２】
収縮時の歪ε３は凝固する体積の関係として表され、体積の減少と共に歪ε３も小さくなるため、樹脂の熱収縮により光学部品が引っ張られる力も低減され、光学部品内に生じる応力σ１も小さくなる。応力は一般的に
【００４３】
【数１】
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【００４４】
で表され、歪は応力に比例する。したがって、応力を低減させることで歪も低減させることが可能となる。
【００４５】
また、図８（３ａ）に示すように、樹脂蒸気を抱え込ませる代わりにレーザ照射中に高温の液体である溶融樹脂が対流しながら光学部品２１の方向に流れ出す際に、溶融樹脂が流れ出す方向より窒素ガスを噴出させることで、溶融樹脂に窒素ガスの気泡を抱え込ませ対流させ（図８（３ｂ））、十分に溶融樹脂が流れ出した後、レーザ照射を停止し、固化させることで固化部内部に空孔を含ませることができ、樹脂蒸気を囲い込む場合と同じ効果が得られ、収差のない固定が可能となる（図８（３ｃ））。
【００４６】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、
光学部品が溶融しない場合、例えばガラス製光学部品の場合であっても、角形ホルダ２２の壁部を光学部品２１上面より高くなるように設定し、半導体ラインレーザユニット２３を用いて、ラインレーザ光２５を角形ホルダ２２の壁部に照射し溶融させ接合する際、角形ホルダ２２の一部を分解して蒸発させる、あるいは窒素ガスを溶融部に向かって噴出させ溶融部内に窒素ガスを囲い込ませることで、樹脂ホルダの凝固時の収縮を低減させることが可能となり、収縮による光学部品の応力およびそれに伴う歪も低減されるため、収差を発生させずに固定することが可能となる。
【００４７】
また、スポットレーザ光１０の代わりにラインレーザ光２５を用いることで、同時に広範囲の接合が可能となり、接合時間を短縮するという効果が期待できる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
図９は本発明の第３の実施の形態における樹脂部品への光学部品を収差を発生させることなく接合する方法を実現するための構成図を示す。図９において、図１および図６と同一機能をもつものは同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図９に示すように、図１に示すスポットレーザ光を用いた構成と図６に示すラインレーザ光２５を用いた構成の組み合わせで構成される。
【００５０】
以上より構成される装置の動作について、第２の実施の形態と異なる点は、半導体ラインレーザユニット２３を用いてガラス製光学部品２１の上面のレーザ接合を行う際に接合部内に空孔を発生させないことと、その後に半導体スポットレーザユニット５を用いてガラス製光学部品２１の下面の接合を行うことにある。
【００５１】
半導体ラインレーザユニット２３および半導体スポットレーザユニット５を用いたレーザ接合方法について説明する。
【００５２】
ラインレーザ光２５を照射する際に、角形ホルダ２２を熱分解させず、かつ窒素ガスを溶融部に取り込まれないが光学部品２１表面が汚れない程度の強さで噴出させることで、光学部品２１の上面を接合する際に、接合部内に空孔を発生させず接合することで接合部中の空孔が無いため、接合強度を向上させることが可能である。しかしながら、空孔のある場合に比べ、凝固収縮する溶融樹脂の体積が大きい為、収縮による応力および歪が大きくなる。そこで、半導体スポットレーザユニット５を用いて、光学部品２１に発生する応力を相殺し、歪を緩和する。
【００５３】
図１０に光学部品２１へ力を加える方向により歪の大きさを比較する。図１０において、レーザ接合による光学部品２１接合時の応力および歪は以下のように発生する。ラインレーザ光２５を樹脂ホルダ２２に照射することで溶融した樹脂の温度をＴＨ、溶融した樹脂はレーザ光２４が当たっている間は液体で光学部品上に堆積するため、熱伝導により温度が上昇した光学部品の温度をＴｈ（＜ＴＨ）とする。レーザ光２４が停止すると表層部より固化し始め、室温まで低下する。
【００５４】
このとき収縮による歪は温度差ΔＴ、および線膨張係数Ｋの関数として表され、ガラスの方が樹脂より温度差ΔＴおよび線膨張係数Ｋが小さく、溶融していないためほとんどは弾性変形で元の大きさに戻るが、樹脂が固化する際の歪εａが発生し、図１０（ａ）に示すように、光学部品を力ｆａで引っ張る。引張力ｆａはモーメントＭａとして作用し、薄い板状の光学部品（断面の高さｈａ、幅ｗａ）が厚み方向に引っ張られる場合、応力σは断面係数Ｚ、モーメントＭにより求められσ＝Ｍ／Ｚと表せ、歪εはε＝σ／Ｅ＝Ｍ／（Ｚ・Ｅ）で表せる図１０（ａ）に示す板材の場合には添字ａを付し、Ｚａ＝ｗａ・ｈａ２／６より
【００５５】
【数２】
2004354438.tif 000004
【００５６】
となり、応力はモーメントが作用する方向の厚さの２乗に反比例する。したがって、図１０（ｂ）に示すように、厚さがｈａの約１０倍であるｈｂ、幅がｗａの約１／１０倍のｗｂの場合には断面係数ＺｂがＺａの約１０倍となり剛性が高く、
【００５７】
【数３】
2004354438.tif 000005
【００５８】
となる。またモーメントＭａ、Ｍｂは引張力ｆａ、ｆｂによるモーメントでｗｂ＜ｗａよりＭｂ＜Ｍａであるため歪も大幅に低減される。
【００５９】
図１１に光学部品の上下面を接合した際の応力の大きさについて述べる。図１１（ａ）に示す位置にレーザを照射し光学部品２１上面をレーザ接合することで、（図１１（ｂ１））に示すように接合部の凝固収縮により光学部品２１上面に歪ε５が生じ、収縮により水平より角度θ１の方向に引っ張られ応力σ３が生じ、下面に歪ε６生じ、水平より角度θ２の方向に引っ張られ応力σ４が生じる（図１１（ｃ１））。図１１（ｂ２）および図１１（ｃ２）に示すように、σ３、σ４を光学部品２１の上下面に平行方向、および垂直方向性成分に分解した時、σ３、σ４の光学部品２１の上下面に平行方向は図１０（ｂ）を用いて説明したように剛性が高いため、成分σ３・ｃｏｓθ１およびσ４・ｃｏｓθ２による影響は小さく、垂直方向成分σ３・ｓｉｎθ１およびσ４・ｓｉｎθ２が大きく寄与するため、これらを釣り合わせるようにレーザ照射条件を設定し、応力を相殺することで歪を緩和する。また、光学部品の上下面を固定しているため、上面のみを接合する場合に比べ接合強度が向上するという効果も期待できる。
【００６０】
以上、説明したように、第３の実施の形態によれば、ラインレーザ光２５により光学部品２１の上面を接合し、スポットレーザ光１０を用いて光学部品２１の下面をレーザ接合し、光学部品２１の上下面に生じる応力を相殺することで歪を低減し、収差のない接合が可能である。また、光学部品２１の上下面を接合することで、接合強度が向上するという効果も得られる。
【００６１】
なお、光学部品２１の下面を接合した後、上面を接合してもよいし、上面と下面を同時に接合しても、上面接合後、下面を接合した場合と同様の効果が得られる。
【００６２】
（第４の実施の形態）
図１２は本発明の第４の実施の形態における樹脂部品へ光学部品を収差を発生させることなく接合する方法を実現するための構成図を示す。図１２において、図１および図６と同一機能を持つものは同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
図１２（ａ）に示すように、４１は角形ホルダ２２と材質、および下記形状以外は同じ形状を持つ角形ホルダであるが、壁部にスリットを有する点で異なる角形スリットホルダである。図１２（ｂ）に形状を示す。図１２（ｂ）において、ｅ１は樹脂製ホルダ２２の壁部の幅方向中央に設けられたスリット、ｅ２は光学部品２１の側面に垂直なスリット内壁、ｅ３はレーザ光の１／ｅ２幅以上で、レーザ光をすっと内壁に対して約４５°の角度よりレーザ光が遮られず入射されるように１〜３ｍｍ程度に設定されたスリット幅、ｅ４はガラス製光学部品の上下に同じ深さを有するように設定されたスリット深さである。
【００６４】
以上の要素により構成される装置の動作について述べる。第２の実施の形態と異なる点は、半導体スポットレーザユニット５を走査させてガラス製光学部品２１の側面と上下面のレーザ接合を行うことである。
【００６５】
レーザ照射位置決め方法について述べる。角形スリットホルダ４１に光学部品２１を挿入すると、図１３（ａ）に示すように、スリット部は光学部品２１上面より上の上方部分、光学部品２１と接する範囲の中央部分、光学部品２１下面より下の下方部分の３部分に分けられる。スポットレーザ照射位置をスリット内壁ｅ２と光学部品２１の稜線付近に合わせ、スポットレーザ照射位置１１がスリット内壁上の稜線全域を稜線に沿って移動するように、移動装置９により鏡筒８を移動させレーザを照射し接合する。
【００６６】
図１３（ｂ）に示すように、レーザをスリット内壁に照射し接合することで、内壁の稜線近傍が溶融し、下方部分は光学部品２１の下面、中央部分は光学部品２１の側面、上方部分は光学部品２１の上面と接合され固定される。この時、図１３（ｃ）に示すように、光学部品２１の上面付近で上面に角度θ５の方向に生じる応力をσ７、下面付近で下面に角度θ５の方向に生じる応力をσ８とすれば、光学部品２１の側面に作用する力およびσ７、σ８の上下面に平行な成分は、第３の実施の形態で説明したように、剛性の高い方向へ作用する力であるため、歪にはほとんど寄与せず、上下面に垂直な方向の力、すなわちσ７・ｃｏｓθ５およびσ８・ｃｏｓθ６の寄与が大きい。上下面での接合状態（接合面積、接合部体積）を等しく、これらの力の釣り合いを取るように接合すれば収差を緩和することができる。
【００６７】
以上、説明したように、第４の実施の形態によれば、光学部品２１の樹脂製ホルダ４１の側面にレーザ接合用のスリットを設け、スリットと光学部品２１の稜線上をスポットレーザ光５を走査させ、側面および上下面をレーザ接合し、接合により生じる応力のうち、上下面に垂直な方向成分を釣り合わせることで収差のない接合が可能となる。さらに、光学部品の上下面および側面を接合するため、光学部品上面のみ接合した場合に比べ、接合強度の向上が期待できる。
【００６８】
従来の光ピックアップの光学デバイスは、紫外線硬化性接着剤で固定されており、接着剤が硬化する際の収縮、および接着剤の光学面への回り込みにより光学デバイスに歪が生じ、収差が悪化する。しかし、今後、光情報記憶媒体の高密度化、およびその読取・書込装置の高倍速化、高性能化にともない、収差変動の小さい固定が必要と考えられる。本発明により、収差のほとんど発生しない、すなわち干渉計の収差測定分解能以下の固定を実現するために、光学部品２１に発生する歪を減少させ、収差を低減する本発明の効果が期待できる。
【００６９】
なお、本発明の実施の形態１および実施の形態４において、光学部品１および光学部品２１としてレーザ光を透過しない、コート付き光学部品、金属製光学部品の少なくともいずれか一つを用いても収差なく固定することが可能である。
【００７０】
また、本発明の各実施の形態では、ラインレーザ光とスポットレーザ光を同時に照射し接合してもよいし、ラインレーザ光の代わりに２つのスポットレーザ光を用いてもよいし、スポットレーザ光の代わりに２つのラインレーザ光を用いてもよい。また、ラインレーザ光として、スリットを通し線状にしたレーザ光、シリンドリカルレンズに平行光を通した線状光のいずれかを用いてもよいし、移動装置９によりスポットレーザ光１０を走査させてもよい。さらに、半導体スポットレーザユニット５および半導体ラインレーザユニット２３の代わりに、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザのいずれかを用いてもよいし、集光レンズ８の代わりに反射鏡を用いてもよいし、移動装置９および移動装置２４としてステージ、ガルバノスキャナのいずれか一つを用いてもよい。また、窒素ガスの代わりに、ヘリウムガス、アルゴンガスのいずれかを用いてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂製保持具に樹脂製光学部品を接触させ保持する第１工程と、レーザ光源より出射されたレーザ光を照射する第２工程と、接合位置近傍に不活性ガスを噴出させる第３工程と、前記レーザ光を照射することで前記樹脂製光学部品の有効径外領域と前記樹脂製保持具とを溶融させ固定する第４工程を有することで、光学部品接合時の歪を低減することが可能となり収差の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における樹脂製光学部品固定装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態における被接合物の形状示す断面図および平面図
【図３】本発明の第１の実施の形態における光学部品の接合状態を示す模式図
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるレーザ照射条件により接合状態を示す模式図
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるレーザ照射による樹脂の状態変化の模式図
【図６】本発明の第２の実施の形態における光学部品固定装置の構成図
【図７】本発明の第２の実施の形態における光学部品および角形ホルダの断面図および平面図
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるレーザ照射による樹脂の溶融状態の模式図
【図９】本発明の第３の実施の形態における光学部品固定装置の構成図
【図１０】本発明の第３の実施の形態におけるレーザ接合状態および発生する応力の模式図
【図１１】本発明の第３の実施の形態における光学部品の剛性を比較するための模式図
【図１２】本発明の第４の実施の形態における光学部品固定装置の模式図
【図１３】本発明の第４の実施の形態におけるレーザ接合状態および発生する応力の模式図
【図１４】従来の技術における光学部品固定方法を示す斜視図
【図１５】従来の技術における光学部品固定方法を示す正面図
【符号の説明】
１  レンズ
２  樹脂製ホルダ
５  半導体レーザ
６  コリメートレンズ
７  集光レンズ
１２  ＣＣＤカメラ
１５  チューブ
１６  流量計
１７  バルブ
【図１】
2004354438.tif 000006
【図２】
2004354438.tif 000007
【図３】
2004354438.tif 000008
【図４】
2004354438.tif 000009
【図５】
2004354438.tif 000010
【図６】
2004354438.tif 000011
【図７】
2004354438.tif 000012
【図８】
2004354438.tif 000013
【図９】
2004354438.tif 000014
【図１０】
2004354438.tif 000015
【図１１】
2004354438.tif 000016
【図１２】
2004354438.tif 000017
【図１３】
2004354438.tif 000018
【図１４】
2004354438.tif 000019
【図１５】
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