JP2001036183A - 光学部品固定方法および光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学部品を短時間に正しい位置に固定でき、
光学部品を劣化させないようにする。 【解決手段】 金属材からなり幅方向の寸法と奥行き方
向の寸法の少なくとも一方が光学部品１０の金属膜で覆
われた底面の寸法より大となる外形を有する補助基板２
０の上面側ほぼ中央に、光学部品１０をその底面が接合
するようにハンダ付けして、光学部品１０と補助基板２
０とを一体化し、この補助基板２０の下面を装置基板１
の上面に接合させた状態で、光学部品１０の光半導体素
子１２が所定の位置で所定の向きとなるように位置決め
し、位置決めされた補助基板２０の光学部品１０と重複
しない縁部を装置基板２０にレーザ溶接機３０によって
レーザ溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学部品を所定位
置に精度良く固定するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】個別の光学部品によって光学装置を小型
に組立てる場合、従来ではハンダ付けによって部品の固
定を行っており、光学部品もハンダ付け固定しやすいよ
うに商品化されている。

【０００３】例えば、レーザダイオードやフォトダイオ
ード等の光半導体素子のように素子自体の形状が非常に
小さい光学部品では、セラミック等からなる支持体の所
定面（通常は上面、側面）に光半導体素子を設け、他の
面（通常は下面）にハンダ付け用の金属膜が蒸着された
ものが商品化されており、光学装置を製造する場合に
は、これらの光学部品を装置基板上に順次ハンダ付けし
ている。

【０００４】即ち、図７の（ａ）に示すように、加熱機
５上にセットした装置基板１の上面の所定位置にハンダ
ペレット２を載置し、その上からマウント機６により光
学部品３をその金属面３ａが下を向くように載置し、装
置基板１の下面側から加熱機５によって熱を加えハンダ
ペレット２を溶かしつつ、光学部品３を装置基板１側に
押し付け、図７の（ｂ）のように、光学部品３の金属面
３ａと装置基板１との間にハンダ層７を形成し、加熱を
停止してハンダ層７を固めることによって光学部品３を
装置基板１上に固定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように光学部品３を装置基板１上に直接ハンダ付けして
固定する方法では、ハンダが固まるときに生じる歪によ
って光学部品３の位置や向きがずれ、光学部品３の光学
素子が他の光学部品の光学素子に対して正しい位置に固
定されない。

【０００６】このために、従来では、光学部品３をハン
ダ付け固定した後にその光学部品３の位置や向きが正し
いか否かを実際に光を用いて検査し、正しくなければ再
度加熱機に載せてハンダを溶かし光学部品３の位置や向
きを変えてハンダを固めてから、再検査を行うという工
程を何度も繰り返さなければならず、製造に要する時間
が非常に長くかかり、しかも、加熱の繰り返しによって
光学部品３が劣化するという問題も生じていた。

【０００７】本発明は、この問題を解決し、光学部品を
短時間に正しい位置に固定でき、光学部品を劣化させな
い光学部品固定方法を提供し、また、高い位置精度で光
学部品が固定された光学装置を提供することを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の光学部品固定方法は、平坦な金
属面を有し該金属面と異なる面に予め光学素子が設けら
れた光学部品を、金属材からなる装置基板の一面側に固
定するための光学部品固定方法において、金属材からな
り幅方向の寸法と奥行き方向の寸法の少なくとも一方が
前記光学部品の金属面の寸法より大となる外形を有する
補助基板の一面側ほぼ中央に、前記光学部品をその金属
面が接合するようにハンダ付けして、前記光学部品と補
助基板とを一体化する段階と、前記光学部品と一体化さ
れた補助基板の反対面を前記装置基板の一面に接合させ
た状態で、前記光学部品の光学素子が所定の位置で所定
の向きとなるように位置決めする段階と、前記位置決め
された前記補助基板の前記光学部品と重複しない縁部を
前記装置基板にレーザ溶接する段階とを含んでいる。

【０００９】また、本発明の請求項２の光学装置は、平
坦な金属面を有し該金属面と異なる面に予め光学素子が
設けられた光学部品が、装置基板の一面側に固定された
光学装置において、前記光学部品と装置基板との間に
は、金属材からなり幅方向の寸法および奥行き方向の寸
法の少なくとも一方が前記光学部品の金属面の寸法より
大となる外形を有する補助基板が設けられており、前記
光学部品は、前記補助基板の一面側ほぼ中央に前記金属
面を接合させた状態でハンダ付け固定され、前記補助基
板は、該補助基板の反対面を前記装置基板の一面に接合
させた状態で、前記光学部品と重複しない縁部と前記装
置基板との間がレーザ溶接されて前記装置基板上に固定
されている。

【００１０】また、本発明の請求項３の光学装置は、請
求項２記載の光学装置において、前記補助基板の前記光
学部品と重複しない縁部の少なくとも一部は、前記光学
部品と重複する部分よりも高さが低く形成され、該高さ
が低い縁部と前記装置基板との間がレーザ溶接されてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は、例えばレーザ光出力装置
内でレーザ光の強度を監視するための受光用の光学部品
１０とこの光学部品１０を装置基板上に固定するために
用いる補助基板２０の一例を示している。

【００１２】この光学部品１０は、セラミックによって
形成された支持体１１を有している。支持体１１は、側
面１１ａ、１１ｂが台形、上面１１ｃ、前面１１ｄ、底
面１１ｅおよび背面１１ｆが長方形に形成され、上部へ
向かうほど奥行きが小となるように前面１１ｄが傾斜し
ている。

【００１３】支持体１１の傾斜した前面１１ｄには、レ
ーザ光を受光するための光半導体素子（例えばフォトダ
イオード）１２が設けられており、受光素子１２の両側
から支持体１１の上面１１ｃにかけて金属膜による電極
１３、１４が形成されている。なお、光半導体素子１２
の受光面は底面１１ｅに平行に入射するレーザ光の反射
光が出射元に戻らないように前面１１ｄに沿って傾斜し
ている。

【００１４】支持体１１の底面１１ｅには、ハンダ付け
のための金属膜１５（例えば金膜）がほぼ全面にわたっ
て蒸着されている。

【００１５】このような光学部品１０を装置基板に固定
するための補助基板２０は、溶接がしやすいステンレス
鋼等で上面２０ａおよび下面２０ｂが平坦な所定厚の矩
形平板状に形成されている。

【００１６】補助基板２０の奥行き寸法は、光学部品１
０の支持体１１の底面１１ｅの奥行き寸法より僅かに大
に形成され、補助基板２０の幅寸法は、支持体１１の底
面１１ｅの幅寸法より大に形成されている。また、補助
基板２０は、ハンダ付けの際に加わる熱や外力等によっ
て変形しにくいように十分な厚さ（例えば１ｍｍ以上）
を有している。

【００１７】補助基板２０の上面２０ａの中央部分には
ハンダ付けのための金属膜２１（例えば金膜）が光学部
品１０の支持体１１の底面１１ｃとほぼ等しい広さで蒸
着されている。

【００１８】また、補助基板２０の左右の縁部２２、２
３は、外端に向かう程高さが低くなるように直線的に傾
斜している。

【００１９】なお、補助基板２０の外形は、その幅寸
法、奥行き寸法の少なくとも一方が光学部品１０の底面
１１ｅの外形より大であれば、矩形に限らず、多角形、
円形、楕円等であってもよい。

【００２０】次に、この補助基板２０を用いて光学部品
１０を装置基板上に固定する方法について説明する。な
お、装置基板には、レーザ光を出射するための光学部品
１０′が既に固定されているものとする。

【００２１】始めに、図２の（ａ）に示しているよう
に、補助基板２０を加熱機５上にセットし、この補助基
板２０の上面の金属膜２１の上にハンダペレット２を載
せ、さらにその上にマウント機６によって光学部品１０
をその支持体１１の底面１１ｅが下を向いた状態で載せ
て、加熱機５から熱を加えるとともに、マウント機６に
よって光学部品１０を補助基板２０側に押し付ける。

【００２２】ハンダペレット２は、加熱機５からの熱を
受けて溶け出し、光学部品１０の支持体１１の下面１１
ｅの金属膜１５と補助基板２０の上面２０ａの金属膜２
１の間に濡れ広がる。

【００２３】このハンダの広がりにともなって光学部品
１０が図２の（ｂ）のように下降し、補助基板２０との
間に適度な厚さのハンダ層７が形成される。

【００２４】この状態で加熱機５による加熱を停止する
とハンダ層７が固まり、この固まったハンダ層７を介し
て光学部品１０が補助基板２０上に固定される。このと
き、補助基板２０の両縁２２、２３は上方から見て光学
部品１０と重なり合わずに側方へ突出している。

【００２５】なお、補助基板２０に対し光学部品１０は
予め決められた所定位置を目標にしてハンダ付け固定さ
れるが、ハンダが固まるときの歪によって生じる位置や
向きのずれは、後の工程で修正されるのでここでは無視
することができる。

【００２６】次に、図２の（ｃ）のように、マウント機
６の基台６ａ上にセットされた装置基板１の上面１ａ
に、補助基板２０と一体化された光学部品１０を、補助
基板２０の下面が装置基板１の上面１ａに接合するよう
に載置し、光学部品１０の電極１３、１４にプローブ
８、９を接触させて、光半導体素子１２を作動状態にす
る。

【００２７】このとき、図３に示しているように、既に
装置基板１上に固定されている光学部品１０′からレー
ザ光を出射させ、光学部品１０の光半導体素子１２がこ
のレーザ光を受光し、その受光信号を検出できる状態に
する。

【００２８】そして、マウント機６によって光学部品１
０の位置および向きを可変し、光半導体素子１２の受光
信号が最大となるように位置決めする。

【００２９】光学部品１０の位置が決定した後に、図２
の（ｄ）に示すように、レーザ溶接機３０によって、補
助基板２０の光学部品１０と重複していない縁部のうち
の高さが低くなっている左右の縁部２２、２３のエッジ
部分と装置基板１との間を上方から溶接する。

【００３０】このように、補助基板２０の光学部品１０
と重なり合わない部分のうち、高さが低い（肉厚が薄
い）エッジ部分を溶接することで、強いレーザ光を用い
ることなく補助基板２０を装置基板１に確実に溶接固定
することができ、溶接に伴なう煤（カーボン）の発生量
も僅かで済み、煤による光学系への悪影響を無視するこ
とができる。

【００３１】また、このレーザ溶接固定では、ハンダに
比べて接合部の歪量が少なく、位置決めされた位置に正
しく固定されるので、ハンダ付けのように何度も加熱す
る必要がなく、しかも、溶接の際に発生する熱は光学部
品１０に直接伝わらないので、光学部品１０の熱による
劣化も発生しない。

【００３２】このようにして受光用の光学部品１０を、
レーザ光を出射する光学部品１０′に対して最適な位置
に精度よく固定した後、図４に示すように、装置基板１
上にレンズブロック等の他の光学部品１０″を固定し、
さらに、この装置基板１をケース３３内に収容固定し、
ケース３３に設けられたリード端子（図示せず）と光学
部品１０、１０′の電極との間を配線し、カバー３４を
被せることでレーザ光出力装置３５が完成する。

【００３３】このレーザ光出力装置３５のように、光学
部品１０が補助基板２０上にハンダ付けされ、その補助
基板２０が装置基板１上に溶接固定されたものでは、光
学部品１０の他の光学部品１０′に対する位置精度が非
常に高く、長期にわたって安定に動作させることがで
き、信頼性が高いものとなる。

【００３４】なお、他の光学部品１０′の装置基板１に
対する固定は、その光学部品１０′を固定する前に既に
他の光学部品が装置基板１に固定されているような場合
には、前記光学部品１０の場合と同様に補助基板２０を
用いて装置基板１上に固定すればよく、また、光学部品
１０′が装置基板１に対して最初に固定する部品でその
固定位置の精度が要求されないような場合には、上記の
ように補助基板２０を用いた固定方法だけでなく、補助
基板２０を用いずに従来のように装置基板１上に直接ハ
ンダ付けしてもよい。

【００３５】また、前記補助基板２０の縁部２２、２３
は、下面からの高さが外端に向かって徐々に小さくなる
ように傾斜していたが、図５に示す補助基板２０′のよ
うに、階段状（図５では一段だが２段以上にしてもよ
い）に段階的に低くなるようにしてもよい。

【００３６】また、前記補助基板２０では幅方向の縁部
２２、２３が徐々に低くなるように形成されていたが、
図６に示す補助基板２０″のように前後の縁部２４、２
５についても外端に向かって徐々に低くなるように形成
し、左右の縁部２２、２３とこれら前後の縁部２４、２
５にレーザ溶接すれば、さらに固定強度が増し、信頼性
がより高くなる。

【００３７】また、前記した補助基板２０、２０′、２
０″では、左右、あるいは前後の縁部全体を他の部分よ
り高さが低くなるようにしていたが、溶接予定箇所の縁
部だけを限定的に他の部分より低く形成してもよい。例
えば矩形の補助基板であれば、その四隅部分だけを他の
部分より低く形成し、この四隅部分をレーザ溶接する。

【００３８】また、上記説明では、レーザ光出力装置に
用いる受光用の光学部品１０を補助基板２０を介して装
置基板上に固定する場合について説明したが、前記した
レーザ光を出射する光学部品１０′や、偏光素子を有す
る光学部品、反射素子を有する光学部品、変調素子を有
する光学部品等を装置基板上に固定する際にも、上記固
定方法を用いることができる。

【００３９】また、これらの光学部品が上記固定方法に
よって装置基板上に固定された光学装置は、各光学部品
が互いに高い位置精度で結合されているので、特性が安
定で信頼性が高い。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学部品
固定方法は、光学部品を補助基板上にハンダ付けによっ
て固定し、この補助基板を装置基板に接合した状態で位
置決めをしてレーザ溶接することによって光学部品を装
置基板上に固定している。

【００４１】このため、ハンダの凝固時の歪よる位置や
向きのずれは発生せず、高い位置精度で光学部品を装置
基板上に固定することができる。

【００４２】また、光学部品が上記固定方法によって装
置基板上に固定された光学装置は、各光学部品が互いに
高い位置精度で結合されているので、特性が安定で信頼
性が高い。

【００４３】また、補助基板の光学部品と重複しない縁
部のうち、光学部品と重複する部分より高さが低い部分
を設け、この高さが低い縁部にレーザ溶接されているの
で、補助基板を熱や外力による変形を受けない十分な厚
さにしても、小さいエネルギーで補助基板を装置基板に
溶接することができ、溶接に伴う煤の発生を僅少にで
き、光学系への悪影響を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の要部の斜視図

【図２】本発明の固定方法を説明するための図

【図３】本発明の固定方法を説明するための図

【図４】本発明の光学装置の概略側面図

【図５】補助基板の変形例を示す斜視図

【図６】補助基板の変形例を示す斜視図

【図７】従来の固定方法を説明するための図

【符号の説明】

１ 装置基板 １０、１０′、１０″ 光学部品 １２ 光半導体素子 ２０ 補助基板 ２２、２３ 縁部 ３０ レーザ溶接機 ３３ ケース ３４ カバー ３５ レーザ光出力装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月６日（１９９９．８．６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図３】

【図４】

【図２】

【図５】

【図６】

【図７】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平坦な金属面を有し該金属面と異なる面に
   予め光学素子が設けられた光学部品を、金属材からなる
   装置基板の一面側に固定するための光学部品固定方法に
   おいて、 金属材からなり幅方向の寸法と奥行き方向の寸法の少な
   くとも一方が前記光学部品の金属面の寸法より大となる
   外形を有する補助基板の一面側ほぼ中央に、前記光学部
   品をその金属面が接合するようにハンダ付けして、前記
   光学部品と補助基板とを一体化する段階と、 前記光学部品と一体化された補助基板の反対面を前記装
   置基板の一面に接合させた状態で、前記光学部品の光学
   素子が所定の位置で所定の向きとなるように位置決めす
   る段階と、 前記位置決めされた前記補助基板の前記光学部品と重複
   しない縁部を前記装置基板にレーザ溶接する段階とを含
   む光学部品固定方法。
2. 【請求項２】平坦な金属面を有し該金属面と異なる面に
   予め光学素子が設けられた光学部品が、装置基板の一面
   側に固定された光学装置において、 前記光学部品と装置基板との間には、金属材からなり幅
   方向の寸法と奥行き方向の寸法の少なくとも一方が前記
   光学部品の金属面の寸法より大となる外形を有する補助
   基板が設けられており、 前記光学部品は、前記補助基板の一面側ほぼ中央に前記
   金属面を接合させた状態でハンダ付け固定され、 前記補助基板は、該補助基板の反対面を前記装置基板の
   一面に接合させた状態で、前記光学部品と重複しない縁
   部と前記装置基板との間がレーザ溶接されて前記装置基
   板上に固定されていることを特徴とする光学装置。
3. 【請求項３】前記補助基板の前記光学部品と重複しない
   縁部の少なくとも一部は、前記光学部品と重複する部分
   よりも高さが低く形成され、該高さが低い縁部と前記装
   置基板との間がレーザ溶接されていることを特徴とする
   請求項２記載の光学装置。