JP2007264160A - 光学部品の傾き調整方法及び光学ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズとレンズホルダの間に中間部材等の部材を用いることなく、複雑な構成を必要とせずに、レンズを高精度に傾き調整すること。
【解決手段】レンズホルダ５と、対物レンズ９と、梁部８とを備え、梁部８に粗調整部と微調整部を設けた光学装置に対して、それぞれの調整部にレーザ照射することにより、梁部８を精度良く曲げることを可能とし、これにより、対物レンズ９の傾きを高精度に調整することができる光学部品の調整方法を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ等の光学部品の傾きを調整する方法、及びその調整方法により調整された光学ユニットの製造方法に関するものである。

従来の光学部品の調整機構としては、光学部品とそのホルダ間に変形部材を介在させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、特許文献１に記載された従来の対物レンズ調整機構の斜視図であり、図１１は、従来の対物レンズ調整機構の拡大図である。図１１は、それぞれ、図１１（ａ）が平面図、図１１（ｂ）が側面図、図１１（ｃ）が図１１（ａ）におけるＸＸ断面図である。

図１０および図１１において、対物レンズ１はそのフランジ部１ｂで、レンズホルダ２に設けた突起部分と変形部材３ａ、３ｂによって支持され、変形部材３ａ、３ｂは熱エネルギを与えることによって変形するバイメタル、あるいは形状記憶合金と弾性体を貼り合わせた材料等によって形成されている。

変形部材３ａ、３ｂはレーザビーム４ａ、４ｂによって独立に熱エネルギを与えられ、熱エネルギの量によりたわみ量を変化させ、レンズホルダ２に対する対物レンズ１の傾きを調整している。この調整後、対物レンズ１をレンズホルダ２に接着固定することで対物レンズの傾き調整をしている。
特開平８−１６１７５５号公報（第５頁、図１）

しかしながら、前記従来の構成では、バイメタルあるいは形状記憶合金と弾性体を張り合わせた材料等によって形成されている変形部材にレーザビームを照射し、その熱エネルギにより変形させている。そのため、記憶された形状にしか変形部材が変形できない課題や、金属である変形部材に熱が伝わることで複数個所での調整が困難な課題がある。前述の課題を解決するための方法としては、複数の変形部材を重ねて用いることが考えられるが、そのような構成で用いると、構成が複雑になるという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、構造を複雑とせずに高精度な光学部品の傾き調整方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光学部品の傾き調整方法は、光学部品が載置された光学部品ホルダ梁部の第１照射部にレーザを照射し、前記梁部を変形させて前記光学部品の傾きを調整し、前記光学部品ホルダに対する前記光学部品の傾きを計測した後、前記傾きが所定の範囲を超えている場合には、前記第１照射部と前記光学部品との間の第２照射部に更にレーザを照射して前記光学部品の傾きを調整することを特徴とする。

以上のように、本発明の光学部品の傾き調整方法によれば、構造を複雑とせずに高精度な傾き調整を実現することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における対物レンズの傾き調整方法を示す模式図である。図１において、図１０、図１１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。

図１において、液晶ポリマーからなるレンズホルダ５は可視光、赤外光および紫外光を９０〜１００％吸収する性質を有し、レンズホルダ５の受け面６に切り欠き７による幅Ｗの梁部８を１２０度間隔で３箇所に設けた形状である。受け面６上にガラス製の対物レンズ９が載置されている。

レーザ発振装置１０は波長８０８ｎｍのレーザ光１１を発振し、レーザ光出射面より距離ｆ離れたレンズホルダ５上の焦点位置で直径５０μｍの円形レーザ光スポットを形成する。レーザ発振装置１０はレンズホルダ５の受け面６に焦点位置が合致するように設置されている。

また、レーザ発振装置１０はＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動可能な移動装置１２を具備する。

角度測定装置１３はレンズ表面に角度測定用レーザ光を照射し、レンズ表面からの反射光の位置を検出することでレンズの角度を測定する光テコを利用した角度測定装置であり、０．００５度の測定分解能を有し、±１．０度まで測定できるものである。

図２に、実施の形態１における梁部の詳細図を示す。図２は図１で示した３箇所に設けた梁部８の１箇所の詳細図であり、図２（ａ）は梁部平面図であり、図２（ｂ）は梁部断面図である。図２において、図１、図１０、図１１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。

図２において、梁部８の先端Ａには対物レンズ９が載置されており、梁部８の根元Ｂより対物レンズが載置された梁部先端Ａの間には、先端ＡよりＬ１離れた位置を中心として長さｓ１、厚さｔ１の微調整部Ｃ、および先端ＡよりＬ２離れた位置を中心として長さｓ２、厚さｔ２の粗調整部Ｄが設けられている。Ｌ１とＬ２との関係は、どちらもＡとＢの間に位置し、Ｌ２はＬ１より大きく設定し、厚さｔ２はｔ１より小さいが対物レンズ９の重さによって撓まない程度の厚み、例えば液晶ポリマーの場合には０．１ｍｍより大きく設定する。

レーザ照射時には、レーザ発振装置１０に具備された移動装置１２によってレーザ光１１を梁部８の幅方向長さＷ全域を走査させる。

レーザ光１１の照射順番としては、まず粗調整部Ｄにレーザを照射して、対物レンズ９の傾きを大まかに調整した後、微調整部Ｃに先ほどより弱いレーザを照射して対物レンズ９の傾きを高精度に調整する。この時、調整精度は各調整部から梁部先端Ａの距離Ｌ１、Ｌ２、およびレーザパワーに反比例する。たとえば粗調整に比べ微調整において３倍の精度が必要な場合で、Ｌ１×１．５＝Ｌ２の場合には、粗調整部Ｄに照射するレーザパワーよりも、微調整部Ｃに照射するレーザのパワーが１／２程度であることが好ましい。これは、梁部先端Ａの撓み量は距離Ｌ１、Ｌ２、およびレーザパワーに比例するためである。例えば、微調整部Ｃおよび粗調整部Ｄにレーザ照射によって生じる角度が同じθである場合、梁部先端Ａの撓み量は、微調整部Ｃにレーザ照射した場合にはＬ１×ｃｏｓθであるのに対し、粗調整部Ｄに照射した場合にはＬ２×ｃｏｓθとなり、撓み量はＬ１、Ｌ２に比例する。また、レーザパワーを変化させた場合には、レーザパワーにほぼ比例した量の樹脂が溶融し、溶融した樹脂が多いほど収縮力が大きくなるため、本実施の形態で用いている、レーザ条件、樹脂の材質では、０．０５Ｗから０．４Ｗではレーザパワーが大きくなるに従って、生じる角度は大きくなる。しかし、レーザパワーが０．４Ｗ以上になると樹脂表面が炭化するため収縮量が頭打ちとなる。

図３に、実施の形態１における梁部レーザ照射時の断面図を示す。図３は、梁部８の微調整部Ｃにレーザ光１１を走査した時のある１点の梁部断面を示し、図３（ａ）はレーザ照射直後の状態、図３（ｂ）はレーザ照射を続けることで、熱伝導により溶融領域を増加した状態、図３（ｃ）はレーザ照射を停止した状態である。図３において、図１、図２、図１０、図１１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。

図３を用いてレーザ照射時の作用を説明する。

図３（ａ）は、レーザ照射直後の状態である。照射されたレーザ光１１は梁部８の表面で吸収され、熱に変換される。梁部８の表面で発生した熱により、梁部８の表面が溶融し始め、溶融部１４の周囲には、溶融はしていないが熱の影響を受け変質し始めた領域である熱影響層１５が生じる。

図３（ｂ）は、レーザ照射を続けることで、熱伝導により溶融領域が増加した状態である。この時、溶融部１４は固体の時に比べ膨張し体積が増加した状態にある。

図３（ｃ）は、レーザ照射を停止した状態である。レーザ照射の停止により、膨張していた溶融樹脂が冷却され、凝固し始め、凝固時の収縮力により、レーザ照射部を境に梁部８が角度α曲がる。梁部８が曲がることによるレンズ９の持ち上げ量ｈはＬ１×ｓｉｎαで表される。梁部８の凝固収縮力が、レーザ照射時間に依存せず常に一定と仮定した場合には、傾き量αはレーザ照射部の断面係数Ｚ（＝Ｗ×ｔ１＾２／６）に反比例することから、厚みｔ１、および梁部８の幅Ｗが大きく、傾き量αが小さい場合、またＬ１が小さい場合に微調整が容易である。収縮量は主に溶融樹脂の量、およびその熱伝導によって形成される熱影響層の大きさにより決まるが、熱影響層が梁部の厚み全域に生じるまでレーザパワーを上昇させた場合には、図３（ｂ）の膨張時に梁部８全体が軟化するため梁形状を支えられなくなり、傾き調整が困難となる。このため、粗調整時には、微調整部Ｃに比べ梁部先端Ａより遠くＬ２離れた粗調整部Ｄにおいて、厚みｔ２を薄く設定することで傾き量を増加させる。以上が、梁部８を曲げるメカニズムである。

次に、３箇所に設けた梁部の曲げ量（撓み量）を制御することで、対物レンズ９の傾きを任意の方向に調整するための方法について説明する。

図４に、実施の形態１における任意の方向に調整するためのフローを示す図、図５に、実施の形態１におけるレンズ面の状態の模式図を示す。

図４において、まず、ステップＳ１でレンズホルダ５の受け面６に対物レンズ９を載置した後、角度測定装置１３により対物レンズ９の姿勢θ１を測定し、予め決めた目標とする姿勢θ２との差分Δθ（＝θ２−θ１）を求め、目標位置に対する角度調整量Δθを決定する。角度調整量Δθを元に各レーザ照射位置で撓ませる量を求める。図１に示した３箇所の梁部を８ａ、８ｂ、８ｃ、それぞれレーザ照射後の梁部先端の変位量をΔｈａ、Δｈｂ、Δｈｃとする。対物レンズ９をΔθ傾けた時の対物レンズ９の法線ベクトルの変化量がΔｈａ、Δｈｂ、Δｈｃのベクトル和と同じであるように設定する。

次に、ステップＳ２において、レンズホルダ５の受け面６に対物レンズ９を載置した後、角度測定装置１３により対物レンズ９の姿勢θ１を測定し、予め決めた目標とする姿勢θ２との差分Δθ（＝θ２−θ１）を求め、目標位置に対する角度調整量Δθを決定する。角度調整量Δθを元に各レーザ照射位置で撓ませる量を求める。図１に示した３箇所の梁部を８ａ、８ｂ、８ｃ、それぞれレーザ照射後の梁部先端の変位量をΔｈａ、Δｈｂ、Δｈｃとする。対物レンズ９をΔθ傾けた時の対物レンズ９の法線ベクトルの変化量がΔｈａ、Δｈｂ、Δｈｃのベクトル和と同じであるように設定する。

次に、ステップＳ３において、梁部３箇所を調整するに必要なレーザ照射条件を決定する。

次に、ステップＳ４において、複数箇所を同時あるいは順次照射し曲げることで対物レンズ９の傾き調整を実施する。例えば、Ｌ１＝０．８ｍｍ、ｔ１＝０．５ｍｍ、レーザ照射パワー０．１Ｗ、Ｗ＝０．７ｍｍ、走査時間３ｓの場合にはｈを約２μｍ変化させることが可能である。また、１回レーザ照射した後、同じ箇所あるいは、レーザ照射痕が重複しない位置にレーザ照射位置を移動させ再度レーザ光１１を走査させることで、変化量を同程度ずつ増加させることが可能である。ｈａ、ｈｂ、ｈｃが微調整部Ｃで調整可能な範囲より大きい場合、あるいは調整回数が多く調整時間を要する場合には、微調整部Ｃにレーザ照射する前に、粗調整部Ｄにレーザを照射することで、１回のレーザ照射で大きな調整量を得ることができ、調整時間の短縮を図ることができる。

次に、ステップＳ５において、調整後、再度対物レンズ９の傾きを角度測定装置１３により測定し、予め入力しておいた目標値と測定値の差が許容範囲εより小さい場合には調整が完了する。許容範囲εより大きい場合には、再度調整量Δθを調整する工程を実施することで、許容範囲ε内に調整する。ここで、調整量Δθの量に応じて、レーザの照射位置とレーザ照射条件を決定する。

次に、ステップＳ６において、許容範囲ε内であることを確認した後、調整完了とする。

図５（ａ）において、９ａは目標とする調整後のレンズ面の状態でありｍはその法線ベクトル、Ｏはレンズの中心である。

図５（ｂ）において、９ｂは対物レンズ９が保持台に設置され調整前のレンズ面でありｎはその法線ベクトル、ｎ’は法線ベクトルｎに垂直でレンズ中心Ｏを通りベクトルｍに対して最も角度が形成されている方向に設定する。対物レンズ９におけるレーザ照射箇所１６ａ、１６ｂ、１６ｃのそれぞれにレーザを照射することで、対物レンズ９の傾きを調整する。ｍ’は法線ベクトルｍに垂直なベクトルであり、レンズ中心Ｏを通りベクトルｍとｎ’で形成される平面内に設定される。Δθはベクトルｍ’とｎ’のなす角度であり、対物レンズ９の角度の調整量である。

図５に示す場合には、梁部８ａにはレーザ照射せず（Δｈａ＝０）、ベクトルｎ’を挟む梁部８ｂ、８ｃをΔｈｂ＝ｐ、Δｈ＝ｑ撓ませ、対物レンズ９を角度θだけ動かし角度調整を行う。

かかる構成および動作によれば、レンズホルダ５に切り欠き７を設けるという構造のため、中間部材を用いず、対物レンズ調整に要する構成要素を最小限にできるため、安価な構成が実現できる。また、局所加熱源を用い、レンズホルダ５も樹脂であるため金属等に比べ低温で加工が可能であり、さらに微調整部Ｃと粗調整部Ｄに分けて調整することから、曲げ量のばらつきが小さく高精度な傾き調整が可能である。また樹脂は熱伝導性が低いため、レーザ照射による微調整部と粗調整部の各々の温度の影響が少ないという特色があることから、複数のレーザ光を用いることで粗調整部と微調整部に同時に照射することが可能であり、さらに調整時間の短縮を図ることが可能である。この時は、事前の計測やデータ入力により、対物レンズ９を傾けたい大きさから予めそれぞれの調整部に照射するレーザの大きさと、照射時間を決めておく必要がある。

なお、本実施の形態において、対物レンズ９の調整について説明しているが、他の光学部品であっても調整精度、調整範囲が同程度であれば本調整方法を使用することは可能である。対物レンズ９は、梁部８の４つの先端に載置しているが、傾き調整を行う前に弾性の大きい接着剤で仮接着しても良い。また、レンズホルダ５の材質として液晶ポリマーを使用しているが、レーザ光１１を吸収し熱可塑性樹脂であれば、ポリカーボネート、ポリオレフィン類、あるいはこれらの表面にレーザ吸収剤を塗布したものでも良い。

図６に、実施の形態１における梁構造図を示す。図６において、図１〜図５、図１０、図１１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。

梁部８として１２０度間隔で３箇所に設けているが、１２０度間隔でなく３箇所以上設けても良く、例えば図６に示すような３６０度全周に梁部８を設けた形状でも精度のよい調整が可能である。

また、角度測定装置１３として、光テコ方式の装置を用いているが、対物レンズ９の角度を測定できるものであれば、レンズ透過光の収差を測定する方式の装置等を用いても良い。

図７に、実施の形態１におけるラインビームの模式図を示す。図７において、図１〜図６、図１０、図１１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。

また、レーザ発振装置１０として、円形スポットを形成し、それを梁の幅方向に走査しているが、例えば、図７（ａ）に斜視図、図７（ｂ）、（ｃ）にｐ軸、ｑ軸の断面を示すように、長手方向の幅Ｗｐが梁の幅Ｗより長く、梁部幅方向全域に照射可能であり、短径方向の幅Ｗｑがガウシアン形状のライン状ビームを形成することで、走査の必要が無く駆動系を無くすことができるため、安定した加工が可能となり、さらに安定した調整が可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２の対物レンズの傾き調整は、実施の形態１に示した対物レンズ９の傾き調整において、円形スポットを形成するレーザ発振装置１０に代わり、ライン状ビームを形成するレーザ発振装置を用いる。

図８に、実施の形態２におけるレーザ照射時の模式図を、図９に、実施の形態２のラインビームの模式図を示す。図８、図９において、図１〜図７、図１０、図１１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。

図８（ａ）に示すように、レーザ光１７を照射する。レーザ光１７の照射時、図８（ｂ）に示すように、溶融部１８、熱影響層１９が生じる。溶融部１８より先の梁部には、対物レンズ９の重さおよび梁部８の自重によるモーメントＭが作用し、図８（ｃ）に示すＺＺ’断面のように、溶融部１８以外の部分がモーメントＭに抗し、断面係数に影響を与える部分となる。レーザパワーが小さく溶融部１８が小さい場合には、調整部の固体部分の断面係数が大きいためモーメントＭに抗することができ、図８（ｄ）に示すように、梁部８を曲げ、対物レンズ９を傾けることが可能である。一方、図８（ｅ）に示すように、レーザパワーが大きく溶融部１８が大きい場合には、溶融部の断面係数が小さくなるため、モーメントＭに抗することができず、狙いとは逆方向に屈する傾向がある。このため、梁部幅方向全域にレーザ照射する場合はレーザパワーを小さく設定する必要がある。

レーザパワーを増加させ、大きな傾きを安定して得るためには、レーザ照射によって樹脂が溶融している間の自重の影響を低減する必要がある。図９（ａ）に示すように、レーザ幅が梁部８の幅よりも大きい場合は、モーメントＭの影響が大きく、レンズの傾きを高精度に調整することができない。例えば図９（ｂ）に示すようにビーム幅ＶｐをＷの９０％以下に設定することで、ビーム幅Ｖｐの範囲が溶融するため、Ｖｐ以外の未溶融領域の樹脂がモーメントＭに抗し、溶融部１８の樹脂が凝固する際には、モーメントＭよりも大きな力が作用するため、狙った方向に精度良く曲げることが可能となる。レーザ照射後の溶融部１８は照射痕が残り、照射痕の幅も梁部８の幅に対して９０％以下となる。

また、図９（ｃ）に示すように、梁部８の幅がビームの寸法に対して小さく、梁部８に未溶融部を残すことができれば、ビームは円状であっても精度良く傾きを得ることが可能である。また、図９（ｄ）に示すように、実施の形態１で用いた円状ビームを幅方向に走査する方法は、常に未溶融部を維持した状態で、梁部８の幅方向の溶融量を増大させていることから、本実施の形態の１つの実施形態であり、本発明に含有されるものである。

また、傾き量は溶融部の大きさに比例することから、本発明によって、ライン状ビームを梁部に照射するさいに未溶融部を残存させることで、レーザの走査を低減し、短時間で安定した傾きを得ることが可能となる。

本発明の光学部品の傾き調整方法によれば、高精度な調整方法を実現することができ、Ｂｌｕｅ−ｒａｙ ＤｉｓｃやＤＶＤなどの高密度情報記録媒体に情報を記録する記録装置に付随する光ピックアップの対物レンズの傾き調整の用途にも適用できる。

実施の形態１における対物レンズの傾き調整方法を示す模式図 実施の形態１における梁部の詳細図 実施の形態１における梁部レーザ照射時の断面図 実施の形態１における任意の方向に調整するためのフローを示す図 実施の形態１におけるレンズ面の状態の模式図 実施の形態１における梁構造図 実施の形態１におけるラインビームの模式図 実施の形態２におけるレーザ照射時の模式図 実施の形態２のラインビームの模式図 従来の対物レンズ調整機構の斜視図 従来の対物レンズ調整機構の拡大図

符号の説明

５ レンズホルダ
６ 受け面
７ 切り欠き
８ 梁部
９ 対物レンズ
１０ レーザ発振装置
１１ レーザ光
１２ 移動装置
１３ 角度測定装置

Claims (7)

1. 光学部品が載置された光学部品ホルダ梁部の第１照射部にレーザを照射し、前記梁部を変形させて前記光学部品の傾きを調整し、前記光学部品ホルダに対する前記光学部品の傾きを計測した後、
   前記傾きが所定の範囲を超えている場合には、前記第１照射部と前記光学部品との間の第２照射部に更にレーザを照射して前記光学部品の傾きを調整すること
   を特徴とする光学部品の傾き調整方法。
2. レーザのスポット径が梁部の幅より小さいこと
   を特徴とする請求項１記載の光学部品の傾き調整方法。
3. レーザのスポット径およびレーザ照射により溶融した溶融部の幅が、前記梁部の幅の９０％以下となること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学部品の傾き調整方法。
4. 第２照射部にレーザを照射して光学部品の傾きを調整した後、光学部品ホルダに対する前記光学部品の傾きを計測し、
   前記傾きの大きさに応じて前記レーザの照射位置と照射条件との少なくとも一方を変更すること
   を特徴とする請求項１から請求項３いずれか記載の光学部品の傾き調整方法。
5. 第１照射部と梁部先端との距離が第２照射部と梁部先端との距離の１．５倍以上であり、第１照射部に照射するレーザのパワーが第２照射部に照射するレーザのパワーの２倍以上であること
   を特徴とする請求項１から請求項４いずれか記載の光学部品の傾き調整方法。
6. 光学部品がガラスであり、光学部品ホルダが液晶ポリマー、ポリカーボネートあるいはポリオレフィン類のいずれかからなること
   を特徴とする請求項１から請求項５いずれか記載の光学部品の傾き調整方法。
7. 請求項１から請求項６いずれか記載の光学部品の傾き調整方法により調整した後、前記光学部品を光学部品ホルダに固定すること
   を特徴とする光学ユニットの製造方法。

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