JP2010003729A - 光学部材および光学部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングに発光部材および受光部材を互いの相対位置を調整し、経時変化が起きないように位置決めした光学部材を提供する。
【解決手段】受光部材４を保持するハウジング５に、発光部材２を保持する固定部材３を、ハウジング５との間に隙間を有するように、光硬化性樹脂６によって架橋して固定する光学部材１において、ハウジング５に、光硬化性樹脂６が盛り付けられる位置に隣接し、その内部に投光可能に開放し、光硬化性樹脂６の一部を受け入れる凹部７を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、光学部材および光学部材の製造方法に関する。

特許文献１には、半導体レーザ素子（発光部材）を保持する基台（固定部材）とレンズ（受光部材）を保持する鏡筒とをホルダ（ハウジング）に固定した光学装置（光学部材）が記載されている。特許文献１では、ホルダの基台に対する接合面に溝を設けて、溝に充填した接着剤によって基台を接着している。

特許文献２には、ホルダに鏡筒および基台との接合面にそれぞれ開口する穴を形成し、この穴に光硬化樹脂を注入して、ホルダに鏡筒および基台を固定している。しかしながら、光硬化樹脂を硬化させる光には到達可能な深度があり、特許文献２の方法では、鏡筒および基台の表面の光硬化樹脂に十分に光を照射できず、十分な接合強度が得られない場合がある。

また、発光部材または受光部材を保持する固定部材を、ハウジングとの間に隙間を空けて、ハウジングとの間を架橋するように光硬化性樹脂を介在させて配置し、光硬化性樹脂の架橋状態を維持できる範囲内で固定部材の位置を微調整し、光硬化性樹脂に樹脂を硬化させる光を投光して発光部材と受光部材との相対位置を定めることで光学部材（または光学装置）を製造できる。

しかしながら、この方法では、固定部材の調整量が多いとき、光硬化性樹脂が平たく押し潰されて径が大きくなり、樹脂を硬化させる光線がその中心部まで届かなくなる場合がある。光硬化性樹脂の表面が硬化してさえいれば中心部が硬化していなくても製造直後には問題ないように見えるが、光硬化性樹脂の中心部は、組み立てた後に、自然光等によって徐々に硬化する。一般的な光硬化性樹脂は、硬化時に僅かに収縮するので、光硬化性樹脂に未硬化の部分があると、時間の経過により光学部材の発光部材と受光部材との位置関係に僅かな狂いを生じるという問題がある。
特開平５−１３６９５２号公報 特開平５−２７３４８３号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、ハウジングに発光部材および受光部材を互いの相対位置を調整し、経時変化が起きないように位置決めした光学部材、および、その製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の一側面による光学部材は、ハウジングに、光を発する発光部材と、前記発光部材が発した光を受光する受光部材とが固定され、前記発光部材および前記受光部材の少なくともいずれかは、前記ハウジングとの間に隙間を有するように、光硬化性樹脂によって前記ハウジングとの間を架橋して固定され、前記ハウジングに、前記光硬化性樹脂の一部を受け入れ、且つ、その内部に投光可能に開放した凹部が形成されているものとする。

この構成によれば、発光部材または受光部材の微調整の際に、光硬化性樹脂の一部が凹部内に進入して、その分だけハウジングの表面に沿った光硬化性樹脂の拡がりを抑制できる。これにより、光硬化性樹脂を硬化させる光線の照射方向の光硬化性樹脂の厚みが小さくなるので、光硬化性樹脂全体に光線を浸透させて完全に硬化させることができる。これにより、光硬化性樹脂が後から硬化して、発光部材と受光部材との相対位置に狂いを生じさせることがない。

また、本発明の一側面による光学部材の製造方法は、ハウジングに、光を発する発光部材と、前記発光部材が発した光を受光する受光部材とを固定した光学部材の製造方法であって、前記発光部材および前記受光部材の一方を前記ハウジングに予め固定し、前記発光部材および前記受光部材の他方を、前記ハウジングとの隙間に架橋するように光硬化性樹脂を盛り付けた状態で、前記受光部材の受光状態を確認しながら前記発光部材と前記受光部材との相対位置を定め、前記光硬化性樹脂に樹脂硬化用光線を照射して硬化させることにより、前記発光部材および前記受光部材の他方を前記ハウジングに固定する方法において、前記ハウジングに、前記光硬化性樹脂を盛り付ける位置の前記樹脂硬化用光線が照射される側に隣接する凹部を予め設け、前記発光部材および前記受光部材の相対位置を定める際に、前記ハウジングに沿って押し広げられる前記光硬化性樹脂の一部分を前記凹部に受け入れる方法とする。

この方法によれば、発光部材または受光部材の微調整の際に、光硬化性樹脂の一部が凹部内に進入して、その分だけハウジングの表面に沿った光硬化性樹脂の拡がりを抑制できる。これにより、光硬化性樹脂を硬化させる光線の照射方向の光硬化性樹脂の厚みが小さくなるので、光硬化性樹脂全体に光線を浸透させて完全に硬化させることができる。これにより、光硬化性樹脂が後から硬化して、発光部材と受光部材との相対位置に狂いを生じさせることがない。

また、上述の光学部材の製造方法において、前記発光部材および前記受光部材の他方は、固定部材に保持され、前記固定部材が前記ハウジングに対して前記光硬化性樹脂により固定されてもよい。

この方法によれば、形状を自在に設計できる固定部材を光硬化性樹脂で固定するので、光硬化性樹脂に光線を照射しやすい場所で固定したり、光硬化性樹脂の位置がずれたりしても適切な固定が可能な設計が容易である。

また、上述の光学部材の製造方法において、前記ハウジングの前記光硬化性樹脂を盛り付ける位置は、互いに反対向きの２つの外表面上にあり、前記固定部材は、前記樹脂硬化用光線が照射されるのと反対側から前記外表面と隙間を空けて延伸する１対の腕部を有してもよい。

この方法によれば、ハウジングの発光素子が取り付けられる部分の側面に光硬化性樹脂を盛り付けるので、光学部材を小型化しても、光硬化性樹脂が発光素子に付着するおそれがない。

また、上述の光学部材の製造方法において、前記２つの外表面にそれぞれ、前記１対の腕部の間隔と、前記２つの外表面の距離との差以上の高さに、前記光硬化性樹脂を盛り付け、前記固定部材を前記樹脂硬化用光線が照射されるのと反対側から前記固定部材に対して配置してもよい。

この方法によれば、固定部材に確実に光硬化性樹脂が付着するので、確実に固定部材を固定することができ、過剰な光硬化性樹脂は、固定部材の腕部の樹脂硬化用光線が照射される側の先端に付着する。このため、ハウジングと固定部材との間を架橋する光硬化性樹脂に樹脂硬化用光線を照射する際に、腕部の先端の光硬化性樹脂にも樹脂硬化用光線が照射され、同時に硬化して不具合の原因にならない。

また、上述の光学部材の製造方法において、前記腕部は、前記凹部の前記光硬化性樹脂を盛り付ける位置側の端部とほぼ同じ位置まで延伸してもよい。

この方法によれば、腕部が凹部を覆うことがなく、ハウジングと固定部材の腕部との隙間に対して傾斜して樹脂硬化用光線を照射できるので、凹部の中に未硬化の光硬化性樹脂を残さないようにできる。

また、上述の光学部材の製造方法において、前記凹部は、前記光硬化性樹脂を盛り付ける側の壁が傾斜して、徐々に深くなるように形成されてもよい。

この方法によれば、光硬化性樹脂のハウジングに対する濡れ性により、凹部の傾斜した壁に沿って光硬化性樹脂が凹部の内部に侵入しやすく、光硬化性樹脂の他の方向への拡がりを抑制できる。

上記構成によれば、ハウジングに発光部材や受光部材を固定するための光硬化性樹脂の余剰分を受け入れる凹部を形成したので、光硬化性樹脂が拡がらず、光硬化性樹脂全体に樹脂硬化用光線を照射して光硬化性樹脂を硬化させることができる。このため、未硬化の光硬化性樹脂が後で硬化することによって発生する発光部材と受光部材との相対位置のずれを防止できる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１、図２および図３は、本発明の第１実施形態の光学部材であるレーザ光源ユニット１を示す。レーザ光源ユニット１は、レーザダイオード（発光部材）２を保持する保持部材３を、回折光学素子（Diffractive Optical Element）４を保持するハウジング５に、光硬化性樹脂６で取り付けたものである。

回折光学素子４は、レーザダイオード２が発した拡散光を受光して、平行光線にして射出する受光部材である。ハウジング５は、レーザダイオード２が発するレーザ光の光路となる開口が設けられた正面５ａと、正面５ａの両側端をそれぞれ画定し、互いに反対向きの２つの側面５ｂとを有する。保持部材３は、ハウジングの正面５ａに対向し、レーザダイオード２を固定する板状の本体３ａと、本体３ａの両端からハウジング５の側面５ｂとの間に隙間を空けて延伸する腕部３ｂとを有する。

光硬化性樹脂６は、ハウジング５の側面５ｂと腕部３ｂの内面との間を架橋するように盛り付けられ、所定波長の紫外光（樹脂硬化用光線）を照射して硬化させられることで、ハウジング５に固定部材３を、ひいてはレーザダイオード２を固定する。

さらに、ハウジング５の側面５ｂには、光硬化性樹脂６を盛り付ける位置に隣接して、溝状の凹部７が形成されている。

図４に、レーザ光源ユニット１の組み立て装置８を示す。組み立て装置８は、ハウジング５を所定位置に載置する基台部９と、固定部材３を保持し、基台部９に対して位置を調整可能なアクチュエータ部１０とを有する。基台部９は、ハウジング５を位置決めする位置決めピン１１と、回折光学素子４の出力をモニタするＣＣＤカメラ１２とを有する。アクチュエータ部１０は、固定部材３を把持する把持ヘッド１３を、互いに直交する３つの軸方向にねじ送りして、基台部９に対して位置決め可能に構成されている。

また、組み立て装置８は、アクチュエータ部１０を各軸方向に駆動するドライバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、ＣＣＤカメラ１２が観測する回折光学素子４の出力を画像処理して解析する画像処理装置１５と、画像処理装置の処理結果を基に、動作を制御するドライバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを制御するコンピュータ１６と、光硬化性樹脂６を硬化させる所定波長の紫外線を発生する紫外光源ユニット１７と、紫外光源ユニット１７と光ファイバで接続され、紫外光を光硬化性樹脂６に向けて射出するように配置される紫外光射出ヘッド１８とを有する。

組み立て装置８によるレーザ光源ユニット１の組立は、先ず、基台部９に載置したハウジング５の側面５ｂの所定位置に、光硬化性樹脂６を盛り付ける。そして、ハウジング５から離れた位置で固定部材３を把持した把持ヘッド１３をハウジング５に近付ける。これにより、固定部材３の腕部３ｂがハウジング５の側面５ｂに対向するように移動する。この移動の際に光硬化性樹脂６が腕部３ｂにも付着し、腕部３ｂと側面５ｂとの間が光硬化性樹脂６で架橋される。

固定部材３とハウジング５との間が光硬化性樹脂６で架橋されている状態で、レーザダイオード２に電力を供給し、ＣＣＤカメラ１２が回折光学素子４から所望の平行光線が射出されるのを観測できるように、アクチュエータ部１０によって固定部材３、すなわち、レーザダイオード２の位置を微調整する。レーザダイオード２を適切な位置に定めたなら、紫外光射出ヘッド１８から射出した紫外光によって光硬化性樹脂６を硬化させる。

図５に、レーザダイオード２を位置決めした状態の光硬化性樹脂６の断面形状を示す。最初に、光硬化性樹脂６は、好ましくは、それぞれ、固定部材３の腕部３ｂの間隔（内面間の距離）とハウジング５の側面５ｂの距離との差より側面５ｂから高く盛り付けておく。これにより、固定部材３の把持位置がずれていても、光硬化性樹脂６の頂部が必ず腕部３ｂに接触する。腕部３ｂの内面より高く盛り付けられた光硬化性樹脂６は、腕部３ｂの端面に付着する。

固定部材３の腕部３ｂがハウジング５の側面５ｂに沿って進める際、或いは、その後、微調整のために腕部３ｂを側面５ｂに近付ける際、余剰な光硬化性樹脂６は、図示するように、凹部７に入り込む。つまり、凹部７が余剰な光硬化性樹脂６の一部分を受け入れることで、光硬化性樹脂６の側面５ｂに沿った拡がりを低減することができる。図には、凹部７がない場合の光硬化性樹脂６の拡がりを二点鎖線で示す。

腕部３ｂと側面５ｂとの間の光硬化性樹脂６には、図中に矢印で示すように、側面５ｂに沿って、凹部７の側から紫外光が照射される。凹部７に光固化性樹脂６の一部を受け入れたことで、光固化性樹脂６全体を硬化させるために紫外光が透過しなければならない浸透距離が短くなっており、光硬化性樹脂６を十分に硬化させられない可能性を低減している。尚、腕部３ｂと側面５ｂとの隙間に紫外光を確実に投光可能とするために、レーザダイオード２の位置を微調整した後も、腕部３ｂと側面５ｂとの隙間が０．３ｍｍ以上となるようにすることが望ましい。

また、凹部７は、光硬化性樹脂６を盛り付ける位置に隣接し、且つ、固定部材３の本体３ａと反対側に位置するように形成されており、ハウジング５に固定部材３が取り付けられた後も、その内部に紫外光を投光可能なように、外側に開放されている。これにより、凹部７の中に受け入れられた光硬化性樹脂６にも、全体的に紫外光を浸透照射して、完全に硬化させることができる。

図６および図７に示す本発明の第２実施形態のように、凹部７が、ハウジング５の側面５ｂの光硬化性樹脂６を盛り付ける位置の上下の外側に隣接して、つまり、固定部材３の腕部３ｂの延伸方向の両側（上下）に設けてもよい。この構成においては、紫外光射出ヘッド１８を上下に対向するように配置して、光硬化性樹脂６を硬化させる。尚、本実施形態以降の説明では、先に説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

さらに、図８に示す本発明の第３実施形態のように、ハウジング５の正面５ａに光硬化性樹脂６を盛り付け、正面５ａの光硬化性樹脂６に隣接する位置に凹部７を形成してもよい。

また、図９に示す本発明の第４実施形態のように、凹部７の光硬化性樹脂６の盛り付け位置に隣接する側壁７ａを傾斜させて、凹部７が光硬化性樹脂６側から徐々に深くなるようにしてもよい。この構成により、図１０に示すように、光硬化性樹脂６の側壁７ａに対する濡れ性により、光硬化性樹脂６を側壁７ａに沿って凹部７の内部にスムーズに導くことができる。

図１１に、本発明の第５実施形態の光学部材１９の構成を簡略化して示す。本実施形態の光学部材１９は、ハウジング２０に、発光部材２１と、発光部材２１が発した光線を透過、または、光線を受光して光学作用を与えた光線を出力する例えばレンズまたはフィルタのような第１の受光部材２２と、第１の受光部材２２の出力光を受光してのエネルギまたは情報に変換する例えばフォトダイオードやＣＣＤ素子のような第２の受光部材２３とを有する。

本実施形態では、発光部材２１を保持する固定部材２４を、ハウジング２０に対して、位置決めして、光硬化性樹脂２５によって固定する。その際、図示するように、発光部材２１の出力をアンプ２６で増幅し、出力をオシロスコープ２７でモニタリングし、マニュアル操作によって固定部材２４の位置を調整してもよい。

さらに、図１２に示す本発明の第６実施形態は、第１の受光部材２２をハウジング２０に対して位置決めして固定するものである。さらに、図１３に示す本発明の第７実施形態は、第２の受光部材２２をハウジング２０に対して位置決めして固定するものである。これらの実施形態が示すように、本発明は、光線の経路にあるいかなる部材を光線に対して位置決めして固定するのに適用してもよい。また、これらの図示された部材の組み合わせに限らないことは言うまでもない。

図１４には、図１３の第７実施形態の具体例として、画像形成装置の露光装置２８を示す。露光装置２８は、感光体２９にレーザ光を走査照射して、静電潜像を形成する装置である。その構成は、ハウジング３０上に、走査画像データに応じた出力のレーザ光を発生するレーザダイオード（発光部材）３１と、レーザダイオード３１が発生したレーザ光を角度を変えて反射して走査移動させるポリゴンミラー３２と、レーザ光の走査位置の原点を検出するために、走査範囲の一端のレーザ光を受光するフォトダイオード３３が設けられている。露光装置２７では、レーザ光に対してフォトダイオード３３の位置を微調整してハウジング３０に固定する。

また、本発明は、図１５に示す組み立て途中の本発明の第８実施形態の光学部材３４のように、ハウジング３５上に、発光部材３６と、受光素子からなる第２の受光部材３７とだけを有し、レンズのような中間の第１の受光部材を有さないものにも適用できる。

本発明の第１実施形態のレーザ光源ユニットの斜視図。 図１のレーザ光源ユニットの側面図。 図１のレーザ光源ユニットの平面図。 図１のレーザ光源ユニットの組み立て装置の斜視図。 図１のレーザ光源ユニットの光硬化性樹脂の詳細断面図。 本発明の第２実施形態のレーザ光源ユニットの斜視図。 図のレーザ光源ユニットの側面図。 本発明の第３実施形態のレーザ光源ユニットの斜視図。 本発明の第４実施形態のレーザ光源ユニットの斜視図。 図９のレーザ光源ユニットの光硬化性樹脂の詳細断面図。 本発明の第５実施形態の光学部材の概略側面図。 本発明の第６実施形態の光学部材の概略側面図。 本発明の第７実施形態の光学部材の概略側面図。 図１４の光学部材の具体例の露光装置の平面図。 本発明の第８実施形態の光学部材の斜視図。

符号の説明

１…レーザ光源ユニット（光学部材）
２…レーザダイオード（発光部材）
３…固定部材
３ｂ…腕部
４…回折光学素子（受光部材）
５…ハウジング
５ｂ…側面
６…光硬化性樹脂
７…凹部
８…組み立て装置
９…基台部
１０…アクチュエータ部
１７…紫外光源ユニット
１８…紫外光射出ヘッド

Claims (7)

1. ハウジングに、光を発する発光部材と、前記発光部材が発した光を受光する受光部材とが固定され、
   前記発光部材および前記受光部材の少なくともいずれかは、前記ハウジングとの間に隙間を有するように、光硬化性樹脂によって前記ハウジングとの間を架橋して固定され、
   前記ハウジングに、前記光硬化性樹脂の一部を受け入れ、且つ、その内部に投光可能に開放した凹部が形成されていることを特徴とする光学部材。
2. ハウジングに、光を発する発光部材と、前記発光部材が発した光を受光する受光部材とを固定した光学部材の製造方法であって、
   前記発光部材および前記受光部材の一方を前記ハウジングに予め固定し、
   前記発光部材および前記受光部材の他方を、前記ハウジングとの隙間に架橋するように光硬化性樹脂を盛り付けた状態で、前記受光部材の受光状態を確認しながら前記発光部材と前記受光部材との相対位置を定め、前記光硬化性樹脂に樹脂硬化用光線を照射して硬化させることにより、前記発光部材および前記受光部材の他方を前記ハウジングに固定する方法において、
   前記ハウジングに、前記光硬化性樹脂を盛り付ける位置の前記樹脂硬化用光線が照射される側に隣接する凹部を予め設け、前記発光部材および前記受光部材の相対位置を定める際に、前記ハウジングに沿って押し広げられる前記光硬化性樹脂の一部分を前記凹部に受け入れることを特徴とする光学部材の製造方法。
3. 前記発光部材および前記受光部材の他方は、固定部材に保持され、前記固定部材が前記ハウジングに対して前記光硬化性樹脂により固定されることを特徴とする請求項２に記載の光学部材の製造方法。
4. 前記ハウジングの前記光硬化性樹脂を盛り付ける位置は、互いに反対向きの２つの外表面上にあり、前記固定部材は、前記樹脂硬化用光線が照射されるのと反対側から前記外表面と隙間を空けて延伸する１対の腕部を有することを特徴とする請求項３に記載の光学部材の製造方法。
5. 前記２つの外表面にそれぞれ、前記１対の腕部の間隔と、前記２つの外表面の距離との差以上の高さに、前記光硬化性樹脂を盛り付け、
   前記固定部材を前記樹脂硬化用光線が照射されるのと反対側から前記固定部材に対して配置することを特徴とする請求項４に記載の光学部材の製造方法。
6. 前記腕部は、前記凹部の前記光硬化性樹脂を盛り付ける位置側の端部とほぼ同じ位置まで延伸することを特徴とする請求項４または５に記載の光学部材の製造方法。
7. 前記凹部は、前記光硬化性樹脂を盛り付ける側の壁が傾斜して、徐々に深くなるように形成されていることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の光学部材の製造方法。

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