(57)【要約】【課題】光学部品の固定時、及び環境変化時に生じる位置ズレによる光学特性の低下及びそれに起因する不良を低減することが可能な光学部品のレーザ接合方法を提供すること。【解決手段】光学部品が固定された接合部材を接合母材に固定する際に接着剤を用いる代わりに熱膨張・収縮の小さい樹脂を溶融させ接合部材と接合母材間の隙間を充填させることで、接合時及び環境温度変化時の光学部品位置ズレの小さい固定が可能となり、光学部品の位置ズレに関わる不良を低減し、光学特性を向上させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合母材に対する光学部品を保持した接合部材の状態を調整する工程と、透過材の内部に前記透過材よりも光の吸収率及び融点の高い吸収材が散在された充填材を前記接合母材と前記接合部材の隙間に配置する工程と、前記充填材にレーザ光を照射する工程とを含む光学部品のレーザ接合方法であって、レーザ光によって、透過材及び吸収材はそれぞれ透過材の融点以上かつ吸収材の融点以下に加熱され、熱伝導により透過材を溶融させ、接合母材と接合部材との間の隙間を埋めることで固定すること
を特徴とする光学部品のレーザ接合方法。
【請求項２】
接合母材は、亜鉛合金，アルミニウム合金，マグネシウム合金，鉄系合金，ステンレス，ポリマー樹脂の少なくとも何れか一つを用いることを特徴とする請求項１記載の光学部品のレーザ接合方法。
【請求項３】
透過材は、ポリカーボネート，アクリル，液晶ポリマー，ポリフェニスサルファイド，ポリプロピレン，ポリエチレンの少なくとも何れか一つを用いることを特徴とする請求項１または２記載の光学部品のレーザ接合方法。
【請求項４】
吸収材は、亜鉛合金粉末，鉄系合金，アルミニウム合金，マグネシウム合金，ステンレス，黒色ポリマーの粉末或いは粉砕材の少なくとも何れか一つを用いることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光学部品のレーザ接合方法。
【請求項５】
接合母材に対する光学部品を保持した接合部材の状態を調整する工程と、前記接合母材と前記接合部材との間の隙間を拡大する観察手段により得られた隙間近傍の画像を基に算出された隙間の大きさより、前記接合母材と前記接合部材を接合可能な位置にレーザ光照射位置を決める工程と、前記接合部材に照射位置指示用レーザ光を照射し、前記観察手段により前記照射位置を観察した上で、照射位置指示用レーザ光の焦点を前記照射位置に移動させる工程と、照射位置指示用レーザ光と光軸が一致している前記溶接用レーザ光を光軸方向に移動させ前記照射位置に焦点を合わせる工程と、前記溶接用レーザ光を前記接合部材の前記レーザ照射位置近傍に照射し前記接合部材を一部溶融させ、熱膨張及び熱収縮により曲げ前記隙間を小さくする工程と、前記隙間を測定し前記照射位置指示用レーザ光照射による位置合わせ後、前記溶接用レーザ光を照射する工程を繰り返し、前記溶接用レーザ照射により前記接合部材の前記レーザ照射位置は溶融温度まで達しているため、前記接合部材の先端も十分に加熱され、前記接合部材の先端が前記接合母材に接触することで、前記接合母材が溶融され前記接合部材が前記接合母材中に埋まり、冷却されることで前記接合母材と前記接合部材が固定される工程を有すること
を特徴とする光学部品のレーザ接合方法。
【請求項６】
接合母材は、ポリカーボネート，アクリル，液晶ポリマー，ポリフェニスサルファイド，ポリプロピレン，ポリエチレン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５記載の光学部品のレーザ接合方法。
【請求項７】
照射位置指示用レーザ光として、半導体レーザ発振装置、Ｈｅ−Ｎｅレーザの少なくとも何れか一つを用いることを特徴とする請求項５記載の光学部品のレーザ接合方法。
【請求項８】
接合部材は、亜鉛合金，アルミニウム合金，マグネシウム合金，鉄系合金，ステンレス，ポリマー樹脂の少なくとも何れか一つを用いることを特徴とする請求項１または５記載の光学部品のレーザ接合方法。
【請求項９】
レーザ光として、半導体レーザ発振装置、ＹＡＧレーザ，炭酸ガスレーザ，アルゴンレーザの少なくとも何れか一つを用いることを特徴とする請求項１または５記載の光学部品のレーザ接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップなどの光学部品のレーザ接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学部品のレーザ接合方法としては、紫外線硬化性接着剤を用いるものがあった（例えば、特許文献１参照）。以下に図面を用いて従来の技術を説明する。図５に従来の光学部品の固定方法の模式図を示す。
【０００３】
同図において、１０１は光学部品の一例であり光軸がＢの光を反射するガラス製のミラー，１０２はミラー１０１が固定されるアルミニウム合金製のハウジングである。１０３は可換性を有しない接着剤，１０４，１０５及び１０６は可換性を有する同種の接着剤であり、共にガラス及びアルミニウム合金との接着性に優れ、硬化収縮が少なく変質しにくく、室温に数時間放置することにより硬化する例えばエポキシ系接着剤であり、ディスペンサ等を用いることにより、常に一定量だけ塗布することができる。
【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。
【０００５】
図５において、ハウジング１０２上に接着剤１０３，１０４，１０５及び１０６を塗布し、ミラー１０１を接着剤が塗布されたハウジング１０２に接触させ、ミラーで反射される光の光軸Ｂを調整し、その姿勢（状態）を保持したまま、固化に要する時間放置する。接着剤１０３，１０４，１０５及び１０６が固化することで、光学部品を固定することができる。ミラー１０１を固定している４箇所の接着剤のうち、可換性を有しない接着剤１０３の拘束力は強く、ハウジング１０２に対するミラー１０１の位置ズレや倒れを抑える。
【０００６】
また、環境温度の変化に伴い、ミラー１０１，及びハウジング１０２の膨張収縮によって生じる応力は可換性を有する接着剤１０４，１０５，１０６がそれぞれ変形することにより吸収される。その結果、ハウジング１０２上のミラー１０１には歪みが生じないとされている。
【特許文献１】特開昭６３−２６９３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような構成では、ミラー１０１とハウジング１０２の間の隙間が小さい場合には、接着剤１０３、１０４、１０５、１０６の硬化収縮及び環境変化による膨張・収縮を無視できるが、隙間が大きい場合には無視できず、光学部品の位置ズレが生じるという問題を有することになる。以下にその理由を述べる。
【０００８】
ミラー１０１とそのハウジング１０２を固定する際に塗布する接着剤１０３、１０４、１０５、１０６の量は，固定箇所の隙間の大きさにほぼ比例する。また、接着剤１０３、１０４、１０５、１０６が硬化する場合の収縮量及び環境の変化により発生する膨張・収縮は接着剤の量に比例するため、部材間の隙間が大きい場合には、硬化時及び環境変化時の光学部品の位置ズレが大きく、光学特性を悪化させるという問題がある。
【０００９】
光ディスクの高密度化、光ピックアップの高速度・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、固定位置のずれを低減し光学部品を高精度に固定する必要がある。従来の技術では、エポキシ系接着剤の場合についてのみ開示しているが、紫外線照射により固化する紫外線硬化性接着剤を用いた場合であっても、硬化収縮・環境変化による膨張・収縮が発生し問題となる。
【００１０】
以上説明したように、従来の固定方法では、膨張・収縮が発生するため光学部品の位置ズレが発生し、光学特性が低下するという課題を有することになる。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点を鑑み、固定部に生じる膨張・収縮を軽減することにより、光学部品の位置ズレを低減し光学特性の向上が可能なを光学部品のレーザ接合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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光学部品のレーザ接合方法は、接合母材に対する光学部品を保持した接合部材の状態を調整する工程と、透過材の内部に前記透過材よりも光の吸収率及び融点の高い吸収材が散在された充填材を前記接合母材と前記接合部材の隙間に配置する工程と、前記充填材にレーザ光を照射する工程とを含む光学部品のレーザ接合方法であって、レーザ光によって、透過材及び吸収材はそれぞれ透過材の融点以上かつ吸収材の融点以下に加熱され、熱伝導により透過材を溶融させ、接合母材と接合部材との間の隙間を埋めることで固定することを特徴とする。
【００１３】
或いは、接合母材に対する光学部品を保持した接合部材の状態を調整する工程と、前記接合母材と前記接合部材との間の隙間を拡大する観察手段により得られた隙間近傍の画像を基に算出された隙間の大きさより、前記接合母材と前記接合部材を接合可能な位置にレーザ光照射位置を決める工程と、前記接合部材に照射位置指示用レーザ光を照射し、前記観察手段により前記照射位置を観察した上で、照射位置指示用レーザ光の焦点を前記照射位置に移動させる工程と、照射位置指示用レーザ光と光軸が一致している前記溶接用レーザ光を光軸方向に移動させ前記照射位置に焦点を合わせる工程と、前記溶接用レーザ光を前記接合部材の前記レーザ照射位置近傍に照射し前記接合部材を一部溶融させ、熱膨張及び熱収縮により曲げ前記隙間を小さくする工程と、前記隙間を測定し前記照射位置指示用レーザ光照射による位置合わせ後、前記溶接用レーザ光を照射する工程を繰り返し、前記溶接用レーザ照射により前記接合部材の前記レーザ照射位置は溶融温度まで達しているため、前記接合部材の先端も十分に加熱され、前記接合部材の先端が前記接合母材に接触することで、前記接合母材が溶融され前記接合部材が前記接合母材中に埋まり、冷却されることで前記接合母材と前記接合部材が固定される工程を有することを特徴とする光学部品のレーザ接合方法である。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の光学部品のレーザ接合方法によれば、接合時及び環境変化時の光学部品位置ズレの小さい固定が可能となり、光学部品の光学特性を向上させ、光学部品の位置ズレに関わる不良を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光学部品のレーザ接合方法の模式図である。
【００１７】
図１において、１は角部に半径Ｒｍｍの円柱状の凹みを有し、板厚がＲより大きく材料として例えば亜鉛鋳造材を用い光学ユニットのベースである接合母材、２は接合母材１の凹みと相対する位置に同様の半径Ｒｍｍの凹みを有し、板厚がＲより大きく接合母材１と隙間Ｇ離れ、材料として例えばＳＰＣＣを用い光学部品を保持した接合部材、３は接合部材２に固定されＸ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ，θｚ方向に移動することが可能である移動装置、４は融点Ｔ１で波長λ１＝８０８ｎｍに対して吸収率１０％以下のポリカーボネート製の透過樹脂材、５は融点Ｔ１よりも高い融点Ｔ２を有し波長λ１＝８０８ｎｍに対して透過率がほぼ０である亜鉛合金粉末製の吸収材、６は楕円球形状で長径が（２Ｒｍｍ＋隙間Ｇ）よりも小さく（Ｒｍｍ＋隙間Ｇ）よりも大きく、透過樹脂材４の中に吸収材５が散在している充填材、７は最大３００Ｗの出力が得られ発振波長λ１＝８０８ｎｍの平行光が出射され、平行光の光軸が接合母材１と接合部材２の隙間Ｇの中間点を通るように固定された半導体レーザ発振装置である。
【００１８】
以上の要素により本発明の光学部品のレーザ接合方法を実現するための装置が構成されている。
【００１９】
かかる構成によれば，接合母材１の凹み部及び接合部材２の凹み部に充填材６が載るように手動により設置し、移動装置３により接合部材２を移動させ接合部材２に固定された光学部品に適した姿勢（状態）に調整した後、半導体レーザ発振装置７を発振させる。このとき、半導体レーザ発振装置７より出射した平行レーザ光は、光軸が接合母材１と接合部材２の隙間Ｇの中間点に位置決めされているため必ず充填材６に照射される。充填材６に照射されたレーザ光は、充填材６内の透過樹脂材４を透過し、吸収材５に吸収され、吸収材５の温度が上昇し透過樹脂材４の融点Ｔ１以上、吸収材５の融点Ｔ２以下の状態に加熱することで吸収材５は溶融せず、吸収材５からの熱伝導により透過樹脂材４のみが溶融する。透過樹脂材４の溶融により、図２に示すように形状の崩れた充填材６が自重により隙間Ｇを充填し、レーザ照射停止後に冷却され固化することで接合母材１と接合部材２が固定される。
【００２０】
本発明によると、紫外線硬化性接着剤に比べ、透過樹脂材４として熱膨張・熱収縮量の小さい樹脂、例えば線膨張係数が５．３×１０-5／Ｋの紫外線硬化性接着剤に対し約１／２の２．７×１０-5／Ｋであるポリカーボネートを選択することにより、接合時の温度差による位置ズレ及び信頼性試験時の位置ズレを低減できる。
【００２１】
なお、本実施形態において、接合母材として亜鉛合金を使用したが、代わりにアルミニウム合金，マグネシウム合金，鉄系合金，ステンレス，ポリマー樹脂を用いてもよいし、接合部材としてＳＰＣＣを使用したが、代わりに他の亜鉛合金，アルミニウム合金，マグネシウム合金，他の鉄系合金，ステンレス，ポリマー樹脂を用いてもよい。
【００２２】
また、充填材６の材料の透過樹脂材としてポリカーボネートを用いたが、代わりにアクリル，液晶ポリマー，ポリフェニスサルファイド，ポリプロピレン，ポリエチレン等のエンジニアリングプラスチックを用いても良いし、吸収材として亜鉛合金粉末を用いたが、代わりに、鉄系合金，アルミニウム合金，マグネシウム合金，ステンレス，黒色ポリマーの粉末或いは粉砕材を用いても良い。充填材６を手動で設置したが、手動の代わりにパーツフィーダ、或いはロボットハンドを用いてもよいし、熱源として半導体レーザ発振装置７を設けたが、ＹＡＧレーザ，或いは炭酸ガスレーザ，アルゴンレーザを用いてもよい。
【００２３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の光学部品のレーザ接合方法の模式図である。図３において、図１及び図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２４】
図３において、３１は材料として例えば融点Ｔ３のポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）材を用い光学ユニットのベースである接合母材、３２は接合母材１と隙間Ｇ離れ材料として接合部材３１の融点Ｔ３より大きい融点Ｔ４を有するＳＰＣＣを用い光学部品を保持した接合部材、３３は波長λ２＝１０６４ｎｍ，最大出力３００Ｗでパルス発振が可能で平行光を出射するＹＡＧレーザ発振装置、３４は波長λ３＝６３２ｎｍ，最大出力１２ｍＷで平行光を出射するＨｅ−Ｎｅレーザ発振装置、３５はＹＡＧレーザ発振装置３４より出射される平行ＹＡＧレーザ光及びＨｅ−Ｎｅレーザ発振装置３５より出射される平行Ｈｅ−Ｎｅレーザ光の光軸が一致するように設置されたハーフミラー、３６は波長λ２＝１０６４ｎｍに対する焦点距離がｆ２，波長λ３＝６３２ｎｍに対する焦点距離がｆ３（＜ｆ２）の凸レンズで，レンズの光軸がＹＡＧレーザ発振装置３４の出射光の光軸に一致するように固定された集光レンズ、３７はＹＡＧレーザ発振装置３３より発振された平行光がハーフミラー３５を透過し、集光レンズ３６により収束され集光レンズ３６よりｆ２離れた位置に焦点を有するＹＡＧレーザ光、３８はＹＡＧレーザ発振装置３４，Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振装置３５，ハーフミラー３６，集光レンズ４０を含むレーザ光学系、３９はレーザ光学系４１に固定されＸ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ方向に移動可能な移動装置、４０はＣＣＤ素子面の法線方向がレーザ照射位置Ａの方向を向くように固定されたＣＣＤカメラ、４１は光軸がＣＣＤカメラ４０のＣＣＤ素子面の法線方向に一致し、レーザ照射位置Ａ及び接合母材３１及び接合部材３２の隙間Ｇを視野に捉えＣＣＤカメラ４０の撮像素子に拡大し結像するような拡大光学系を構成する結像レンズ、４２は結像レンズ４１をレンズの光軸方向に移動させるための移動装置、４３はＣＣＤカメラ４０及び結像レンズ４１により得られたレーザ照射位置Ａ及び隙間Ｇの画像を基に画像処理によりレーザ照射位置Ａと接合部材３２の端部との水平方向の距離Ｌ及び隙間Ｇを測定するための計算機、４４はＣＣＤカメラ４０及び結像レンズ４１により得られたレーザ照射位置Ａ及び隙間Ｇの映像を表示するためのモニタである。以上の要素で本発明を実現するための装置を構成している。
【００２５】
かかる構成によれば、移動装置３により接合部材３２を移動させ接合部材３２に保持された光学部品に適した姿勢（状態）に調整した後、移動装置４２により結像レンズ４１を隙間Ｇ近傍の像がＣＣＤカメラ４０の撮像素子に結像される位置に移動させ、ＣＣＤカメラ４０により得られた隙間Ｇの画像を計算機４３により、例えばエッジ検出等の画像処理により計算させ隙間Ｇの大きさを求める。
【００２６】
次に、図４に示すように、接合部材３２の先端からレーザ照射位置Ａまでの距離Ｌを決める。部材の設計寸法及び移動装置３のθｘ、θｙ、θｚより求めた接合部材３２の水平からの角度をθ１，レーザ照射により接合部材３２を曲げ得る最大角度θ２を予め調べておき，Ｇ＜Ｌ×（ｓｉｎ（θ１＋θ２）−ｓｉｎθ１）となる位置をレーザ照射位置Ａとする。
【００２７】
移動装置４２により結像レンズ４１をレーザ照射位置Ａ近傍がＣＣＤカメラ４０に拡大して結像される位置に移動させ、レーザ照射位置Ａ近傍の画像をモニタ４４で観察しながらＨｅ−Ｎｅレーザ発振装置３５を発振させ、焦点をレーザ照射位置Ａに合わせた後、レーザ光学系３９をＺ方向にｆ３−ｆ２移動させ、ＹＡＧレーザの焦点をレーザ照射位置Ａに合わせる。
【００２８】
ＹＡＧレーザ発振装置３４を接合部材３２が溶融する強さで発振させレーザ照射位置Ａ近傍を溶融させ、レーザ照射位置Ａを中心として接合部材３２を曲げることで、接合部材３２と接合母材３１の隙間Ｇを小さくする。
【００２９】
ここで、ＹＡＧレーザ照射により接合部材３２が曲がる原理を図５に示す。
【００３０】
図５において、図５（ａ−１）は接合部材３２にＹＡＧレーザ光３７照射直後の状態を示し、レーザ照射位置Ａ近傍の領域をＭとする。また、図５（ａ−２）にＹＡＧレーザ光３７照射中に領域Ｍが最高温度を示した時の温度分布を示し、ＹＡＧレーザが照射される表面側が最も高温のＴＨとなり、接合部材３２裏面の温度がＴＨより低いＴＬとなる。接合部材３２の領域Ｍが溶融するに従い、表面の温度ＴＨが裏面の温度ＴＬより大きいため、ＹＡＧレーザ光３７が照射される側が矢印に示すように膨張する量が大きく、図５（ｂ）に示すような形状となる。
【００３１】
ＹＡＧレーザ光３７の照射を停止した後には、ＴＨ，ＴＬともに周囲温度Ｔ０にまで温度が低下する。この時の熱収縮量は温度差に比例し、ＴＨ−Ｔ０＞ＴＬ−Ｔ０であるため、図５（ｃ）に示すように領域ＭのＹＡＧレーザ光３７が照射された側の収縮量が矢印に示すように大きく、接合部材３２は結果的にＹＡＧレーザ光３７が照射された側に曲がる。その後，ＣＣＤカメラ４０により得られた隙間Ｇの画像を基に計算機４３により、ＹＡＧレーザ光３７照射前後での隙間Ｇの変化量ΔＧを測定し、隙間Ｇ＜ΔＧとなるまでＹＡＧレーザ光３７の照射を繰り返す。
【００３２】
Ｇ＜ΔＧとなった場合、次のＹＡＧレーザ光３７照射により接合母材３１に接合部材３２の先端が接触する。ＹＡＧレーザ光３７照射時には、接合部材３２の領域Ｍは融点Ｔ３以上、例えばＳＰＣＣの場合には融点１０００℃以上まで加熱され、溶融部からの熱伝導により、接合部材３２の先端も樹脂製の接合母材３１の融点Ｔ３以上に熱せられる。従って、ＹＡＧレーザ光３７照射により接合部材３２を曲げることにより、樹脂製接合母材３１は接合部材３２が触れた箇所から溶融し始め、接合部材３２が接合母材３１に埋まる。そして、ＹＡＧレーザ光３７照射を停止した後、接合母材３１及び接合部材３２は徐冷されて固化し、接合母材３１と接合部材３２は固定される。
【００３３】
以上、説明した方法により接着剤を用いずに部材同士固定するため、接合時の位置ズレ及び環境の変化による位置ズレも生じにくい。
【００３４】
なお，本実施形態において、接合強度が不足している場合には、一度接合した状態から再度ＹＡＧレーザ光３７照射を繰り返しても良いし、ＹＡＧレーザを繰り返し照射する際に、レーザ照射位置Ａだけではなく、レーザ照射位置Ａ近傍、例えばＬが同じであるが板幅方向に異なる箇所を照射してもよい。
【００３５】
また、Ｌ±ΔＬの範囲で領域を決めその範囲内で照射位置を変更してもよい。更に、熱源としてＹＡＧレーザ発振装置を設けたが、代わりに炭酸ガスレーザ，アルゴンレーザ，或いは半導体レーザを用いてもよいし，照射位置支持手段として，Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いたが，代わりに半導体レーザを用いてもよい。
【００３６】
また、接合母材としてポリフェニルサルファイドを使用したが、代わりにポリカーボネート，アクリル，液晶ポリマー，ポリプロピレン，ポリエチレン等のエンジニアリングプラスチックを用いてもよいし、接合部材としてＳＰＣＣを使用したが、代わりに亜鉛合金，アルミニウム合金，マグネシウム合金，他の鉄系合金，ステンレス，真鍮を用いてもよい。加えて，ＹＡＧレーザ光を集光するために集光レンズを設けたが、代わりに球面反射鏡を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の光学部品のレーザ接合方法は、接着剤を用いずにレーザにより光学部品を固定するため、光学部品固定時及び環境変化時の位置ズレが小さいという特徴を有し、光ピックアップ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学部品の固定の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における光学部品のレーザ接合方法の模式図
【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザ接合部の拡大図
【図３】本発明の実施の形態２における光学部品のレーザ接合方法の模式図
【図４】本発明の実施の形態２におけるレーザ照射位置の拡大図
【図５】本発明の実施の形態２におけるレーザ照射による変形の模式図
【図６】従来の光学部品の固定方法の模式図
【符号の説明】
【００３９】
１  接合母材
２  接合部材
４  透過樹脂材
５  吸収材
７  半導体レーザ発振装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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