JP2018120136A - 光学ユニットの組立方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光デバイスをそれぞれ拘持する複数のホルダを溶接する際の光デバイスの相対的な位置のずれを抑制して、所望の光学特性を有する光学ユニットを得ることができる光学ユニットの組立方法を提供すること。
【解決手段】第一の嵌合代部と第二の嵌合代部を夫々嵌合し、第一の光デバイス拘持体と第二の光デバイス拘持体とを相対移動して、第一の光デバイスと第二の光デバイスの間隔を光路長調整する光学調整工程と、光学調整工程に続き、光デバイスの光軸方向における、第一の拘持部を通過し、光軸と垂直な拘持面と、第二の拘持部を含む光軸と垂直な拘持面とに挟まれる領域から前記領域外の第一の嵌合代部と第二の嵌合代部との重ね部分に、光デバイスの光軸と略直交する方向から照射領域の単位面積当たりの蓄積エネルギーが略均一のレーザ光を照射して第一の光デバイス拘持体と第二の光デバイス拘持体とを溶接固定する溶接工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光デバイスと、光デバイスを拘持するホルダとを備えた光学ユニットの組立方法に関する。
従来、レンズや固体撮像デバイスなどの光学部品を備えた光学ユニットの組立方法において、組立性の観点から、レンズを拘持するレンズホルダと、イメージセンサを拘持するセンサホルダとをレーザ溶接によって固定して組み立てる組立方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、オートクレーブ滅菌可能に気密接合された内視鏡用の光学ユニットの組立方法が開示されている。具体的に、特許文献１が開示する組立方法では、レーザ溶接する前に、レンズホルダとセンサホルダとの位置を調整して画像のピント調整を予め行い、ピント調整後のレンズホルダとセンサホルダとをレーザ溶接によって気密に接合している。
特許第３６８９３４１号公報
ところで、ホルダをレーザ照射により溶融固化させると、ホルダの収縮による当該ホルダの寸法変化が生じ、各ホルダが拘持するデバイス同士の位置関係が変化する場合があった。この場合には、所望の光学特性を得ることができないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光デバイスをそれぞれ拘持するホルダ同士を溶接する際の光デバイスの相対的な位置のずれを抑制して、所望の光学特性を有する光学ユニットを得ることができる光学ユニットの組立方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学ユニットの組立方法は、内部に一つ以上の第一の光デバイスを拘持する第一の拘持部、および前記第一の拘持部から延設する第一の嵌合代部を有するスリーブ状の第一の光デバイス拘持体と、内部に一つ以上の第二の光デバイスを拘持する第二の拘持部、および前記第二の拘持部から延設する第二の嵌合代部を有するスリーブ状の第二の光デバイス拘持体と、を備える光学ユニットの組立方法において、前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部を夫々嵌合し、前記第一の光デバイス拘持体と前記第二の光デバイス拘持体とを相対移動して、前記第一の光デバイスと前記第二の光デバイスの間隔を光路長調整する光学調整工程と、前記光学調整工程に続き、前記光デバイスの光軸方向における領域であって、前記第一の拘持部を通過し、前記光学デバイスの光軸と垂直な面である拘持面と、前記第二の拘持部を通過し、前記光軸と垂直な面である拘持面とに挟まれる領域から前記領域外の前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部との重ね部分に、前記光デバイスの光軸と略直交する方向から照射領域の単位面積当たりの蓄積エネルギーが略均一のレーザ光を照射して前記第一の光デバイス拘持体と前記第二の光デバイス拘持体とを溶接固定する溶接工程と、を含むことを特徴とする。
本発明に係る光学ユニットの組立方法は、上記発明において、前記溶接工程は、前記レーザ光のピーク強度のビーム径をＷP、前記レーザ光の加工下限強度のビーム径をＷLとしたときに、ビーム径ＷPに対するビーム径ＷLの比（ＷL／ＷP）が１．０≦ＷL／ＷP≦１．５を満たす前記レーザ光を照射することを特徴とする。
本発明に係る光学ユニットの組立方法は、上記発明において、前記溶接工程は、前記レーザ光の光軸を歳差運動させながら予め設定された時間間隔で複数回の前記レーザ光の照射を行うことを特徴とする。
本発明に係る光学ユニットの組立方法は、上記発明において、前記溶接工程は、前記レーザ光の照射面上の焦点位置を中心点として前記レーザ光の光軸を歳差運動させることを特徴とする。
本発明に係る光学ユニットの組立方法は、上記発明において、前記溶接工程は、パルス発振された前記レーザ光の照射を行うことを特徴とする。
本発明によれば、光デバイスをそれぞれ拘持するホルダ同士を溶接する際の光デバイスの相対的な位置のずれを抑制して、所望の光学特性を有する光学ユニットを得ることができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの構成を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの要部の構成を模式的に示す図である。 図３は、溶融固化した際の寸法変化を測定する方法を説明する図であって、レーザ照射前の測定用部材を説明する図である。 図４は、溶融固化した際の寸法変化を測定する方法を説明する図であって、レーザ照射後の測定用部材を説明する図である。 図５は、溶融固化した際の寸法変化の測定結果の一例を説明する図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係るレーザ溶接装置の構成を模式的に示す図である。 図７は、レーザ溶接を行う際に用いるレーザ光の特性を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの組立方法を説明するフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの組立方法を説明する模式図であって、レンズホルダとセンサホルダとの組み付けを説明する図である。 図１０は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの組立方法を説明する模式図であって、レンズホルダとセンサホルダとの仮止めを説明する図である。 図１１は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの組立方法を説明する模式図であって、レンズホルダとセンサホルダとの溶接を説明する図である。 図１２は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの組み立てにおけるレーザ溶接を説明する図である。 図１３は、従来のレーザ溶接を行う際に用いるレーザ光の特性を説明する図である。 図１４は、従来の光学ユニットの組み立てにおけるレーザ溶接を説明する図である。 図１５は、従来の光学ユニットの組み立てにおけるレーザ溶接を説明する図である。 図１６は、本発明の実施の形態２に係るレーザ溶接装置の要部の構成を模式的に示す図である。 図１７は、本発明の実施の形態２に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。 図１８は、本発明の実施の形態２に係るレーザ溶接装置によるレーザ照射を説明する図である。 図１９は、本発明の実施の形態２に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。 図２０は、本発明の実施の形態２の変形例１に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。 図２１は、本発明の実施の形態２の変形例２に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。 図２２は、本発明の実施の形態２の変形例３に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。 図２３は、本発明の実施の形態２の変形例４に係るレーザ溶接装置の要部の構成を模式的に示す図である。 図２４は、本発明の実施の形態２の変形例５に係るレーザ溶接装置の要部の構成を模式的に示す図である。 図２５は、本発明の実施の形態２の変形例５に係るレーザ溶接装置によるレーザ照射を説明する図である。 図２６は、本発明の実施の形態２の変形例５に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。 図２７は、本発明の実施の形態３に係る光学ユニットの構成を模式的に示す断面図である。
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部の寸法の関係や比率は、現実と異なる。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの構成を模式的に示す断面図である。図１は、当該光学ユニットの中心軸（光軸Ｎ1）を含む平面を切断面とする部分断面図である。同図に示す光学ユニット１は、保護ガラス２と、第一の光デバイスであるレンズ３と、保護ガラス２およびレンズ３を拘持する略筒状のレンズホルダ１０と、外部からの光を受光する受光面４ａを有し、受光した光を電気信号に変換する第二の光デバイスであるイメージセンサ４と、イメージセンサ４を拘持する筒状のセンサホルダ２０とを備えている。図１では、レンズホルダ１０の中心軸と、センサホルダ２０の中心軸とは、互いに一致しており、かつ光学ユニット１の光軸Ｎ1にそれぞれ一致しているものとして説明する。光学ユニット１は、レンズ３が集光した外部の光を、イメージセンサ４が受光して光電変換を行って、画像信号を生成する。光学ユニット１は、例えば、被検体内に挿入される挿入部を備えた内視鏡に設けられる。なお、レンズホルダ１０は第一の光デバイス拘持体、センサホルダ２０は第二の光デバイス拘持体に相当する。
レンズ３は、ガラスや樹脂を用いて形成される集光レンズ等により構成される。図１では、一つのレンズを用いるものを示しているが、複数のレンズから構成されるものであってもよい。
レンズホルダ１０は、外周面のなす径であって、光軸Ｎ1と直交する方向の径が、センサホルダ２０の内周面のなす径と同等である。レンズホルダ１０は、レンズ３を拘持する環状の第１拘持部１０ａと、第１拘持部１０ａの光軸方向Ｎの端部からイメージセンサ４側とは反対側に向けて光軸Ｎ1方向に延在し、センサホルダ２０と嵌合する筒状の第１嵌合代部１０ｂと、を有する。保護ガラス２は、例えば半田付け、または接着剤等によって、第１嵌合代部１０ｂの第１拘持部１０ａに連なる側と反対側の端部で固定されている。レンズ３は、例えば半田付け、または接着剤等によって第１拘持部１０ａに固定されている。なお、レンズホルダ１０の外周のなす径は、センサホルダ２０に嵌入可能な径であればよい。例えば、レンズホルダ１０は均一な厚さを有する筒状をなし、レンズホルダ１０の厚さＴLは、０．０８ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。なお、ホルダ同士を嵌合させる際に、レンズホルダ１０とセンサホルダ２０との位置を調整可能な隙間が形成されていることが好ましい。この隙間は、径方向の距離にして例えば５〜２５μｍである。
センサホルダ２０は、イメージセンサ４を拘持する第２拘持部２０ａと、第２拘持部２０ａの光軸Ｎ1方向の端部からレンズ３に向けて光軸Ｎ1方向に延在し、レンズホルダ１０と嵌合する筒状の第２嵌合代部２０ｂと、を有する。イメージセンサ４は、例えばレーザ溶接によってセンサホルダ２０に固定されている。例えば、センサホルダ２０は均一な厚さを有する筒状をなし、センサホルダ２０の厚さＴCは、レンズホルダ１０の厚さＴL以下であって、０．０８ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。
光学ユニット１の外周のなす最大径、本実施の形態１ではセンサホルダ２０の外周のなす径は、例えば０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０は、レーザ光によって溶融固化した際に、同じ程度の収縮率を有する材料を用いて構成されていることが好ましい。この材料としては、ステンレス鋼（フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト系）、鉄鋼材料（機械構造用炭素鋼、一般構造用圧延鋼）、インバー材、樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene：ＡＢＳ、Poly Ether Ether Ketone：ＰＥＥＫ）が挙げられる。
光学ユニット１では、レンズ３とイメージセンサ４の受光面４ａとの間の距離ｄ1が、予め設定されている光学条件を満たす距離となるように、レンズホルダ１０とセンサホルダ２０との相対的な位置が調整されている。また、レンズホルダ１０とセンサホルダ２０とは、第１嵌合代部１０ｂおよび第２嵌合代部２０ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ1方向において第１拘持部１０ａの拘持面Ｐ10および第２拘持部２０ａの拘持面Ｐ20に挟まれる領域ＲAの外側の部分が、レーザ光による溶融固化によって接合されている。このレーザ溶接によって、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０には、互いに溶融した部分が混合して硬化してなる溶接部３０が形成される。ここでいう「拘持面Ｐ10」とは、第１拘持部１０ａがレンズ３と接触している部分の光軸Ｎ1方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎ1に対して垂直な平面である。また、「拘持面Ｐ20」とは、第２拘持部２０ａがイメージセンサ４と接触している部分の光軸Ｎ1方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎ1に対して垂直な平面である。また、光学ユニット１において、レンズ３およびイメージセンサ４は、各々が、溶接部３０に対して同じ側でレンズホルダ１０およびセンサホルダ２０に拘持されている。すなわち、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０において、デバイスに連なっている部分が、溶接部３０を通過し、光軸Ｎ1と直交する平面に対して同じ側にある。なお、拘持面は、拘持部が光学デバイスと接触している部分の光軸Ｎ1方向の中央を通過するものとして説明したが、光学デバイスと接触している部分の光軸Ｎ1方向の一方の端部を通過する等、通過位置の設計変更が可能である。
図２は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの要部の構成を模式的に示す図であって、溶接部３０について説明する図である。上述したように、レンズホルダ１０の一部とセンサホルダ２０の一部とには、互いを接合する溶接部３０が形成されている。溶接部３０は、第２嵌合代部２０ｂの溶接幅ｗ1と、第１嵌合代部１０ｂの溶接幅ｗ2とが、ほぼ同じである。本実施の形態１において、溶接幅とは、ホルダに形成された溶接部の幅のうち代表の幅のことをいい、具体的には、各部材の光軸Ｎ1方向と直交する径方向の長さを厚さ、軸方向の長さを幅としたとき、各ホルダの厚さ方向の中央部の幅である。各ホルダの溶接幅について、溶接幅ｗ1と溶接幅ｗ2とが略同じとは、レーザ光が照射され、光軸Ｎ1と直交する方向に重なり合うホルダの外側に位置するセンサホルダ２０の溶接幅ｗ1に対する、レンズホルダ１０の溶接幅ｗ2の比（ｗ2／ｗ1）が、０．７５≦ｗ2／ｗ1≦１．２５の関係を満たしていることをいう。例えば、収縮量の差分を５μｍ以内に収める際、溶接幅ｗ1が０．４ｍｍである場合、溶接幅ｗ2は０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下となる。
次に、溶融固化によるホルダの収縮について、図３および図４を参照して説明する。図３および図４は、溶融固化した際の寸法変化を測定する方法を説明する図である。
まず、測定用の筒状部材（以下、測定用部材という）４０の外表面に、二つのマーカＭ1、Ｍ2を付与する（図３参照）。マーカＭ1、Ｍ2は、インクによるものであってもよいし、シール材を用いたものであってもよい。マーカＭ1、Ｍ2は、測定用部材４０の光軸Ｎ10方向に沿って設けられていることが好ましい。
その後、マーカＭ1、Ｍ2の間の距離ｄ11を測定する。距離ｄ11は、マーカＭ1とマーカＭ2との間の光軸Ｎ10方向の距離である。
溶融固化前のマーカＭ1、Ｍ2の間の距離ｄ11を測定後、マーカＭ1とマーカＭ2との間の一部にレーザ光を照射して、測定用部材４０の一部を溶融固化させる。この際、図４に示すように、測定用部材４０の全周にわたってレーザ光を照射する。例えば、測定用部材４０を光軸Ｎ10を回転軸として回転させるか、またはレーザ光を出射するレーザヘッドを測定用部材４０の外周に沿って回転させながらレーザ光を照射する。これにより、測定用部材４０に光軸Ｎ10のまわりに周回する溶接部４１が形成される。溶接部４１の形成により、測定用部材４０は、該溶接部４１を境界として両端部が互いに近づく方向（図４における矢印Ｄ1、Ｄ2）に収縮する。
測定用部材４０に溶接部４１を形成した後、マーカＭ1とマーカＭ2と間の距離ｄ12を測定する。この距離ｄ12は、溶融固化による測定用部材４０の収縮によって、上述した距離ｄ11よりも小さくなる。この距離ｄ11と距離ｄ12との差を、寸法変化量（収縮量）として算出する。その後、レーザ光の強度を変えて、上述したように溶接幅ｗ10を形成し、収縮による寸法変化量を測定する。レーザ光の強度を変えることにより、異なる溶接幅における寸法変化量が得られる。
図５は、溶融固化した際の寸法変化の測定結果の一例を説明する図であって、溶接幅と寸法変化量との関係を示す図である。図５に示すように、溶接幅と寸法変化量とは略比例している（図５中の近似直線Ｓ参照）。これにより、溶接部３０において、レンズホルダ１０における溶接幅と、センサホルダ２０の溶接幅との差が大きくなるほど、溶融固化前のレンズ３およびイメージセンサ４の位置関係の変化が大きくなることが容易に予測できる。
なお、収縮量をＳ、溶接幅をｗ、融点の温度をθmelt、常温をθ0としたとき、収縮量Ｓは、下式（１）で表すことができる。
Ｓ＝α（θmelt−θ0）ｗ ・・・（１）
ここで、αは線膨張係数である。
例えば、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０がステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いて作製され、センサホルダ２０の溶接幅ｗ1が０．３ｍｍ、レンズホルダ１０の溶接幅ｗ2が０．１ｍｍである場合、αはＳＵＳ３０４の線膨張係数である１８．７×１０-6、ＳＵＳ３０４の融点θmeltは１４５０℃であり、常温θ0を２０℃として、これらを式（１）に代入することによって、センサホルダ２０の収縮量Ｓは０．００８ｍｍ、レンズホルダ１０の収縮量Ｓは０．００３ｍｍとなり、それぞれの収縮量を算出することができる。
光学ユニット１は、第１嵌合代部１０ｂおよび第２嵌合代部２０ｂが径方向で互いに重なる部分であって、光軸Ｎ1方向において第１拘持部１０ａおよび第２拘持部２０ａに挟まれる領域ＲAの、光軸Ｎ1方向の外側の部分に、レンズホルダ１０における溶接幅ｗ1と、センサホルダ２０の溶接幅ｗ2とが略同じである溶接部３０を形成して、レンズホルダ１０とセンサホルダ２０とを接合するようにしている。このため、レーザ光の照射によって第１嵌合代部１０ｂおよび第２嵌合代部２０ｂが溶融固化した場合に、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０は同じ収縮量で収縮し、かつレンズ３およびイメージセンサ４が収縮により同じ側に移動する。この際、保護ガラス２は、レンズ３およびイメージセンサ４の移動方向と反対方向に移動する。上述したようにレーザ光を照射することによって、溶融固化させても、レンズ３とイメージセンサ４（受光面４ａ）との位置関係の変化を抑制することができる。
次に、上述した光学ユニット１を作製する方法について、図６〜図１２を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態１に係るレーザ溶接装置の構成を模式的に示す図である。同図に示すレーザ溶接装置１００は、光学ユニット１を作製するための部材を保持する保持ユニット１１０と、レーザ光を出射するレーザ発振ユニット１２０と、レーザ発振ユニット１２０から出射されたレーザ光を照射対象に導く光学系を有するレーザ光学ユニット１３０と、を備える。
保持ユニット１１０は、センサホルダ２０を、光軸Ｎ1を回転軸として回転可能に保持する第１保持部１１１と、レンズホルダ１０を、光軸Ｎ1を回転軸として回転可能に保持する第２保持部１１２とを有する。
レーザ溶接装置１００では、保持ユニット１１０に保持されたレンズホルダ１０およびセンサホルダ２０に対して、レーザ発振ユニット１２０から出射され、レーザ光学ユニット１３０によって導かれたレーザ光Ｌが照射されて、上述した溶接部３０を形成してレンズホルダ１０とセンサホルダ２０とを接合する。レーザ光Ｌは、ナノ秒から数秒単位で制御可能なパルス発振されたレーザ光である。
図７は、レーザ溶接を行う際に用いるレーザ光の特性を説明する図であって、レーザ光のビームウエストを通る断面におけるビーム強度の分布を示す図である。図７に示すように、本実施の形態１では、ビーム断面の外縁側からビーム中心に向かってビーム強度が急峻に立ち上がるトップハット型の強度分布のレーザ光を用いてレーザ溶接を行う。具体的に、本実施の形態１にかかるレーザ光は、ホルダを溶融可能な加工下限強度ＩLにおけるビーム径ＷLと、ピーク強度ＩPにおけるビーム径ＷPとの値が略同じで、ビームの外縁側からビーム中心に向かってビーム強度が大きくなってピーク強度ＩPに達する強度分布を有する。このような強度分布のレーザ光を照射することによって、照射領域の単位面積当たりの積算エネルギーを均等的にすることができる。また、例えば、一般的に知られているガウシアン型の強度分布を有するレーザ光を、ビーム強度分布変換を行う光学系を通過させることによって、ビーム径ＷLとビーム径ＷPとが略同じでビーム断面の縁から内部に向かってビーム強度が急峻に立ち上がるトップハット型の強度分布に変換して照射するようにしてもよい。
本実施の形態１において、ピーク強度ＩPのビーム径ＷPに対する加工下限強度ＩLのビーム径ＷLの比（ＷL／ＷP）は、１．０≦ＷL／ＷP≦１．５を満たしている。この比の関係を満たすことによって、照射領域の単位面積当たりの蓄積エネルギーが略均一となり、上述したような、レンズホルダ１０の溶接幅ｗ2と、センサホルダ２０の溶接幅ｗ1とをほぼ同じとすることができる。
続いて、光学ユニット１を組み立てる組立方法を、図８〜図１２を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの組立方法を説明するフローチャートである。図９〜図１１は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの組立方法を説明する模式図である。図９は、レンズホルダとセンサホルダとの組み付けを説明する図である。図１０は、レンズホルダとセンサホルダとの仮止めを説明する図である。図１１は、レンズホルダとセンサホルダとの溶接を説明する図である。
まず、保護ガラス２およびレンズ３を拘持するレンズホルダ１０を、第１拘持部１０ａ側からセンサホルダ２０の内部に挿入して嵌合する。この際、レンズホルダ１０は第２保持部１１２に保持されており、センサホルダ２０は第１保持部１１１に保持されている（図９参照）。その後、レンズ３とイメージセンサ４との間の距離が、予め設定されている光学特性を満たす位置関係となるようにレンズホルダ１０に対してセンサホルダ２０を相対移動させてレンズ３とイメージセンサ４との間の光路長を調整する（ステップＳ１：光学調整工程）。具体的には、レンズ３とイメージセンサ４の受光面との間の距離ｄ1が、レンズ３により受光面４ａ上に結像するように、レンズホルダ１０に対するセンサホルダ２０の位置を調整する。レンズホルダ１０とセンサホルダ２０とを嵌合によって連結させる場合、各々において、嵌合する部分の表面粗さを、他の部分の表面粗さより小さくしてもよい。
その後、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０にレーザ光Ｌを照射して、仮止め溶接を行う（ステップＳ２：仮止め工程）。ステップＳ２では、第２嵌合代部２０ｂの外表面にレーザ光Ｌを照射することにより、第１嵌合代部１０ｂの一部、および第２嵌合代部２０ｂの一部を溶融固化させる。レーザ光Ｌの照射位置は、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとが径方向で重なり合う位置であり、かつ光軸Ｎ1方向における領域ＲAの外側の位置である。この際、例えば、レーザ光は、一定の周波数でパルス発振された光であり、間欠的に照射される。例えば、３ミリ秒間隔でレーザ光が照射される。レーザ光Ｌの強度は、ホルダの材料の融点に基づいて設定され、例えば、１００Ｗ以上３００Ｗ以下に設定される。また、レーザ光Ｌは、光軸が、光デバイスであるレンズ３およびイメージセンサ４の光軸に対して略直交している。ここでいう「略直交する」とは、レーザ光Ｌの光軸と、レンズ３およびイメージセンサ４の光軸（光軸Ｎ1に相当）とがなす角度の範囲が９０°±１０°であることをいう。ステップＳ２により、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０の一部に溶接ビード３０ａが形成される（図１０参照）。溶接ビード３０ａは、例えば一回のレーザ光の照射によるスポット溶接によって形成されるものであり、上述した溶接幅ｗ1と溶接幅ｗ2とが略同じ溶接幅の関係を有するものである。
ステップＳ２による仮止め後、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０にレーザ光を照射して、溶接を行う（ステップＳ３：本接合工程）。ステップＳ３では、センサホルダ２０を第１保持部１１１から解放し、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０を、光軸Ｎ1を回転軸として回転させながら、第２嵌合代部２０ｂの外表面にレーザ光Ｌを照射する。例えば、第２嵌合代部２０ｂの外周に沿って複数個の溶接ビードを形成することによって上述した溶接部３０が形成される。レーザ光Ｌの照射位置についても、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとが径方向で重なり合う位置であり、かつ光軸Ｎ1方向における領域ＲAの外側の位置である。この際のレーザ光Ｌの照射位置は、仮止めにより溶接した位置と重複してもよい。これにより、レンズホルダ１０の一部、およびセンサホルダ２０の一部が、全周にわたって連続的または間欠的に溶融固化される。この際、例えば、レーザ光は、パルス光により間欠的に照射される。例えば、レンズホルダおよびセンサホルダ２０を３°回転させるごとに、一回のレーザ光Ｌを照射する。ステップＳ３により、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０には、第２嵌合代部２０ｂの全周にわたる溶接部３０が形成される（図１１参照）。なお、本実施の形態では、仮止め工程と本接合工程とが溶接工程であるものとして説明するが、仮止めの必要が無ければ、溶接工程を本接合工程のみとしてもよい。また、レーザ光は、上述したようにパルス光により間欠的に照射してもよいし、連続的に照射してもよい。溶接部３０は、レーザ光が間欠的に照射される場合に、ホルダの周方向に沿って間欠的に溶接ビードが形成されるものであってもよいし、周方向の全周にわたって連続的に溶接ビードが連なっているものであってもよい。また、溶接部３０は、レーザ光が連続的に照射される場合、周方向に延びる一つの溶接ビードからなる。
上述したようにして、本実施の形態１に係る組立方法では、ピント調整を行って仮止め溶接をした後、本溶接を行うことによって、図１に示す光学ユニット１が組み立てられる。レーザ溶接処理においては、レンズホルダ１０とセンサホルダ２０とを固定するために必要な固定強度に応じて、レーザ光Ｌの照射回数が設定される。なお、上述した組立方法を実施する前に、例えば、使用する材料と同じ材料からなる測定用部材４０を用いて、予め設定されたレーザ光の強度やパルス幅でレーザ溶接を行い、組み立て対象のホルダを接合するための条件を決定する。
ここで、本実施の形態１に係る組立方法では、図７に示すような強度分布のレーザ光がホルダに照射される。図１２は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの組み立てにおけるレーザ溶接を説明する図である。図７に示す強度分布のレーザ光を照射した場合、光軸ＮLが通過する照射中心部（ビーム中心）と、照射中心部の周囲に位置する照射外周部とが同等に昇温して溶融する。この際の溶接幅は、各ホルダで略同じとなる。照射外周部は、中心部に比べてやや溶け込みが浅く溶融が広がった形状となるものの、従来のレーザ照射と比して、上側部材の溶接幅（ここでは第２嵌合代部２０ｂにおける溶接幅ｗ1）と、下側部材の溶接幅（第１嵌合代部１０ｂにおける溶接幅ｗ2）との差は小さい。
図１３は、従来のレーザ溶接を行う際に用いるレーザ光の特性を説明する図である。図１４および図１５は、従来の光学ユニットの組み立てにおけるレーザ溶接を説明する図である。図１３に示す従来のレーザ光のように、加工下限強度ＩLにおけるビーム径ＷLが、ピーク強度ＩPにおけるビーム径ＷPと比して大きく、ビーム断面の外縁からビーム中心部に向かってビーム強度が緩慢に立ち上がる強度分布、例えばガウシアン型の強度分布のレーザ光を用いてレーザ溶接を行うと、照射面の中心が光軸ＮL方向に最も深く溶け、外側に向かって緩やかに溶け込みが浅くなる。その結果、図１５に示すように、形成された溶接部３００において、レンズホルダ１０における溶接幅ｗ302と、センサホルダ２０の溶接幅ｗ301との差が大きくなる。溶接幅の差が大きくなると、上述したようにレンズホルダ１０の収縮量とセンサホルダ２０の収縮量とに大きな差が生じる。この結果、ピント調整したレンズ３とイメージセンサ４との位置関係が、ホルダ収縮後、所望の光学特性を満たさない位置関係に変化してしまう。
また、上述した組立方法においてレーザ溶接を行う際には、酸素と、窒素、アルゴンおよびヘリウムのいずれかとの混合ガス、または空気をシールドガスとして使用してもよい。この場合、レーザ溶接装置１００は、上述したシールドガスを噴霧するためのガスノズル等を有するガス噴霧ユニットをさらに備える。例えば、金属を溶接する場合、レーザ光によって溶融した金属（以下、溶融金属ともいう）は、溶融金属中の酸素濃度が低くなるため、表面張力が温度の上昇とともに低下する。温度の高い溶融金属の中央部と、温度の低い外周部であって、溶融していない金属からなる外周部とでは、表面張力の差異が発生し、溶融金属は温度の高い中央部から温度の低い外周部に向かって流れることになる。この現象は、マランゴニ効果といわれている。その結果、図１５に示すように溶接幅ｗ302に対して溶接幅ｗ301が大きく形成される場合がある。これに対し、酸素を含むシールドガスを用いることで、溶融金属中の酸素量を多くすることにより、溶融金属の表面張力が、温度の上昇とともに増加する。その結果、溶融金属が温度の低い外周部から温度の高い中央部に向かって流れることになる（図１２参照）。このように、中央部に向かって溶融金属が流れた結果、図２に示すように溶接幅ｗ2が小さくなり、溶接幅ｗ1と溶接幅ｗ2との差が小さい溶融形状を形成することができる。シールドガスを用いれば、酸素量の増大により上述した効果を得ることができ、図７に示す強度分布のレーザ光と組み合わせることによって、溶接幅ｗ1と溶接幅ｗ2との差を一層小さくすることができる。
以上説明した本発明の実施の形態１では、加工下限強度ＩLにおけるビーム径ＷLと、ピーク強度ＩPにおけるビーム径ＷPとの値が略同じでビームの外縁側からビームに向かってビーム強度が大きくなる強度分布を有するレーザ光を、第１嵌合代部１０ｂおよび第２嵌合代部２０ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ1方向において第１拘持部１０ａの拘持面Ｐ10および第２拘持部２０ａの拘持面Ｐ20に挟まれる領域ＲAの外側の部分に照射することによってレンズホルダ１０およびセンサホルダ２０を接合するようにした。これにより、レーザ溶接した際の、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０の収縮量が同じになり、かつ収縮により各デバイスの移動方向が同じになる。その結果、溶融固化により収縮が生じても、各ホルダが拘持する光デバイス間の相対的な位置のずれを抑制しつつ、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０を溶接することが可能となる。また、上述した強度分布を有するレーザ光を照射することによって、各ホルダの溶接幅がほぼ同じに溶融固化し、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとにわたる溶接部が形成されるため、溶接後のホルダの位置を高精度に維持しつつ、効率的に溶接可能であり、その結果、光学ユニットを短い時間で組み立てることができる。
また、上述した実施の形態１において、センサホルダ２０の厚さＴCをレンズホルダ１０の厚さＴL以下とすることによって、溶接部３０を厚さ方向において略均一に形成させることができる。
なお、上述した実施の形態１では、本接合を行う際にレンズホルダ１０およびセンサホルダ２０を回転させるものとして説明したが、これに限らず、レーザ光Ｌを出射するレーザヘッドを、第２嵌合代部２０ｂの外表面に沿って回転移動させるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態１では、第二の光デバイスがイメージセンサ４であるものとして説明したが、第二の光デバイスが、イメージセンサ４に加え、圧縮やフィルタリングを行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）等、イメージセンサとは別に設けられ、該イメージセンサが取得した電気信号を処理する電子部品を含むものであってもよい。
（実施の形態２）
図１６は、本発明の実施の形態２に係るレーザ溶接装置の要部の構成を模式的に示す図である。図１７は、本発明の実施の形態２に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。図１８は、本発明の実施の形態２に係るレーザ溶接装置によるレーザ照射を説明する図である。図１９は、本発明の実施の形態２に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。図１６に示すように、本実施の形態２に係るレーザ溶接装置は、上述した保持ユニット１１０（図６参照）と、レーザ光を出射するレーザ発振ユニット２２０と、レーザ発振ユニット２２０から出射されたレーザ光を照射対象に導く光学系を有するレーザ光学ユニット２３０と、を備える。
レーザ光学ユニット２３０は、二つのガルバノミラー（ガルバノミラー２３１、２３２）と、ガルバノミラーによって導光されたレーザ光を照射対象に向けて出射するｆθレンズ２３３とを有する。ガルバノミラー２３１、２３２は、それぞれがモータ２３１ａ、２３２ａにより駆動され、入射する光の光軸に対して、出射する光の光軸の傾斜角度を変えることができる。ガルバノミラー２３１、２３２の角度を制御することによって、ｆθレンズ２３３から出射されるレーザ光の照射位置を変化させることができる。これにより、例えば図１６に示すように、レーザ光Ｌの光軸が、この光軸と直交する平面Ｐであって、レーザ光Ｌの結像位置における平面Ｐ上で移動する軌跡を、環状の軌跡ＬOとすることができる。
レーザ光Ｌを軌跡ＬOに沿って走査する際、レーザ光Ｌの光軸を移動させながら間欠的にパルス照射すると、図１７および図１８に示すように、複数の溶接ビード３１ａが軌跡ＬOに沿って形成される。本実施の形態２では、軌跡ＬOのなす円の半径が、溶接ビード３１ａにおける溶接領域（図１７に示す円）の半径、すなわちレーザ光のスポット径の１／２と同じであるものとして説明する。上述したような走査によって、照射領域の単位面積当たりの蓄積エネルギーが略均一となるレーザ光が照射され、第２嵌合代部２０ｂの表面において複数の溶接ビード３１ａからなる溶接ビード群が形成される。この溶接ビード群を第２嵌合代部２０ｂの外周に沿って複数個形成することによって、溶接部３１を得ることができる（例えば図１９参照）。複数の溶接ビード３１ａは、レーザ光Ｌの照射タイミングを等間隔とすれば、軌跡ＬOに沿って隣り合う溶接ビード３１ａの中心位置Ｃ間の距離が、すべて同じになる。この距離は、軌跡ＬOが円であれば、中心位置Ｃ同士を繋ぐ軌跡に沿った距離と、中心位置Ｃ間の直線的な距離とのどちらに設定してもよい。軌跡ＬOが円であれば、中心位置Ｃ同士を繋ぐ軌跡に沿った距離と、中心位置Ｃ間の直線的な距離とは同じになる。なお、各ホルダにおける溶接幅が同じである溶接部を形成できれば、レーザ光を異なる時間間隔で照射するようにしてもよい。
溶接部３１は、センサホルダ２０の厚さ方向の中央部の溶接幅ｗ3と、レンズホルダ１０における溶接部３１の厚さ方向の中央部の溶接幅ｗ4とが、ほぼ同じである。具体的に、溶接幅ｗ3と溶接幅ｗ4とが略同じとは、溶接幅ｗ3に対する溶接幅ｗ4の比（ｗ4／ｗ3）が、０．７５≦ｗ4／ｗ3≦１．２５の関係を満たしていることをいう。
レーザ発振ユニット２２０が出射するレーザ光は、上述した強度分布（図７参照）を有するレーザ光であることが好ましいが、光軸を傾斜させるなどして、照射領域において照射される単位面積当たりの積算エネルギーを均等的に照射することができれば、ガウシアン型の強度分布を有するレーザ光であってもよい。ガウシアン型の強度分布を有するレーザ光を用いる場合は、レーザ光のスポット径を小さく絞ることができる光ファイバを用いて構成されることが好ましい。
上述した溶接部３１を、第２嵌合代部２０ｂの外周に沿って形成することによって、レンズホルダ１０とセンサホルダ２０とが溶接される。
以上説明した本発明の実施の形態２では、一回のレーザ光を照射することにより形成される溶接ビード３１ａを複数個形成してなる溶接ビード群を、第２嵌合代部２０ｂの外周に沿って複数個設けることによって、レンズホルダ１０における溶接幅ｗ4と、センサホルダ２０の溶接幅ｗ3とが略同じである溶接部３１を形成して、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０を接合するようにした。これにより、レーザ溶接した際の、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０の収縮量が同じになり、かつ収縮により各デバイスの移動方向が同じになる。その結果、溶融固化により収縮が生じても、各ホルダが拘持する光デバイス間の相対的な位置のずれを抑制しつつ、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０を溶接することが可能となる。また、上述した強度分布を有するレーザ光を照射することによって各レンズの溶接幅がほぼ同じとなる溶接部が形成されるため、溶接後のホルダの位置を高精度に維持しつつ、効率的に溶接可能であり、その結果、光学ユニットを短い時間で組み立てることができる。
以上説明した本発明の実施の形態２では、一回のレーザ光を照射することにより形成される溶接ビード３１ａを複数個形成してなる溶接ビード群を、第２嵌合代部２０ｂの外周に沿って複数個設けることによって溶接部３１を形成するようにしたので、実施の形態１に係る溶接部３０の溶接幅と比して、大きい溶接幅を有する溶接部を形成することができる。
（実施の形態２の変形例１）
図２０は、本発明の実施の形態２の変形例１に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。上述した実施の形態２では、軌跡ＬOのなす円の半径が、溶接ビード３１ａの半径、すなわちレーザ光のスポット径の１／２であるものとして説明したが、本変形例１では、軌跡ＬOのなす円の径が、溶接ビード３１ａの半径、すなわちレーザ光のスポット径の１／２よりも大きい場合について説明する。
レーザ光Ｌを軌跡ＬOに沿って走査する際、レーザ光Ｌの光軸を移動させながら間欠的にパルス照射すると、図２０に示すように、複数の溶接ビード３１ａが形成される。上述したような走査によって、第２嵌合代部２０ｂの表面において複数の溶接ビード３１ａからなる溶接ビード群が形成される。この溶接ビード群を、第２嵌合代部２０ｂの外周に沿って複数個形成することによって、溶接部を得ることができる。この溶接部では、図２０からもわかるように、軌跡ＬOの中央部分が溶接ビード３１ａの形成領域に含まれないものとなるが、各溶接ビード３１ａの形成時に照射されるレーザ光の熱によって軌跡ＬOの中央部分も溶融させることができる。
（実施の形態２の変形例２）
図２１は、本発明の実施の形態２の変形例２に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。上述した実施の形態２では、レーザ光Ｌがパルス照射されるものとして説明したが、本変形例２では、連続的に照射する場合について説明する。本変形例２では、軌跡ＬOのなす円の半径が、一つの溶接ビードの形成領域ＲSPの半径、すなわちレーザ光のスポット径の１／２であるものとして説明する。
レーザ光Ｌを軌跡ＬOに沿って走査する際、レーザ光Ｌの光軸を移動させながら連続的にレーザ光を照射すると、図２１に示すように、溶接ビードの形成領域ＲSPが連続的に移動してなる溶接部が形成される。この溶接部は、センサホルダ２０の表面における形成面Ｒ200が円をなす。
本変形例２のように、レーザ光Ｌを連続的に照射して溶接部を形成した場合であっても、上述したような、各ホルダにおける溶接幅がほぼ同じ溶接部を得ることができる。
（実施の形態２の変形例３）
図２２は、本発明の実施の形態２の変形例３に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。上述した実施の形態２の変形例２では、軌跡ＬOのなす円の半径が、溶接ビードの形成領域ＲSPの半径、すなわちレーザ光のスポット径の１／２であるものとして説明したが、本変形例３では、レーザ光を連続的に照射する場合において、軌跡ＬOのなす円の径が、溶接ビードの形成領域ＲSPの半径、すなわちレーザ光のスポット径の１／２よりも大きい場合について説明する。
レーザ光Ｌを軌跡ＬOに沿って走査する際、レーザ光Ｌの光軸を移動させながら連続的に照射すると、図２２に示すように、溶接ビードの形成領域ＲSPが連続的に移動してなる溶接部が形成される。この溶接部は、センサホルダ２０の表面における形成面が円環状をなす。この溶接部では、図２２からもわかるように、軌跡ＬOの中央部分が溶接ビードの形成領域ＲSPに含まれないものとなるが、変形例２と同様に、溶接ビードの形成領域ＲSPにおいて照射されるレーザ光の熱によって軌跡ＬOの中央部分も溶融させることができる。
（実施の形態２の変形例４）
図２３は、本発明の実施の形態２の変形例４に係るレーザ溶接装置の要部の構成を模式的に示す図である。上述した実施の形態２では、軌跡ＬOのなす形状が円であるものとして説明したが、本変形例４では、軌跡ＬOのなす形状が、ジグザグ状をなしている。二つのガルバノミラー（ガルバノミラー２３１、２３２）の傾斜角度を制御することによって、軌跡ＬOのなす形状を、円に限らず、図２３に示すジグザグ状などとすることができる。この際、レーザ光の強度分布を図７に示す強度分布とすれば、上述した効果を得ることができる。
（実施の形態２の変形例５）
図２４は、本発明の実施の形態２の変形例５に係るレーザ溶接装置の要部の構成を模式的に示す図である。図２５は、本発明の実施の形態２の変形例５に係るレーザ溶接装置によるレーザ照射を説明する図である。図２６は、本発明の実施の形態２の変形例５に係るレーザ溶接装置によって形成される溶接部を説明する図である。図２４に示すように、本変形例５に係るレーザ溶接装置は、上述した保持ユニット１１０（図６参照）と、レーザ光を出射するレーザ発振ユニット２２０と、レーザ発振ユニット２２０から出射されたレーザ光を照射対象に導く光学系を有するレーザ光学ユニット２３０Ａと、を備える。
レーザ光学ユニット２３０Ａは、入射したレーザ光Ｌを屈曲させて出射する屈曲光学素子２３４と、屈曲光学素子２３４によって導光されたレーザ光を旋回させる回転光学素子２３５と、回転光学素子２３５によって導光されたレーザ光Ｌを照射対象に向けて出射する集光レンズ２３６とを有する。回転光学素子２３５は、例えばモータにより駆動され、入射する光の光軸に対して、出射する光の光軸の傾斜角度を変えることができる。回転光学素子２３５の回転を制御することによって、集光レンズ２３６から出射されるレーザ光の光軸を歳差運動させることができる。これにより、例えば図２５に示すように、レーザ光Ｌの光軸が行う歳差運動の光軸ＮLと直交する平面Ｐであって、レーザ光Ｌの結像位置における平面Ｐに対するレーザ光Ｌの入射角度を変化させることができる。この際、レーザ光Ｌは、平面Ｐ上の焦点位置を中心点とする歳差運動を行う。このような走査により、照射領域において照射される単位面積当たりの積算エネルギーが均等的なレーザ光を照射することができる。ここでいう「中心点」とは、レーザ光Ｌの光軸上の位置（点）であって、歳差運動しても軸が変位しない位置である。
レーザ光Ｌの光軸を歳差運動させながら間欠的にパルス照射すると、図２５に示すように、複数の溶接ビード３２ａが形成される。複数の溶接ビード３２ａは、レーザ光Ｌのビーム中心は同じであるものの、レーザ光Ｌの歳差運動によって、ホルダに対する分布が互いに異なっている。上述したような走査によって、複数の溶接ビード３２ａからなる溶接ビード群が形成される。この溶接ビード群を、第２嵌合代部２０ｂの外周に沿って複数個形成することによって溶接部３２を得ることができる（図２６参照）。溶接部３２は、第２嵌合代部２０ｂの厚さ方向の中央部の溶接幅ｗ5と、第１嵌合代部１０ｂにおける溶接部３２の厚さ方向の中央部の溶接幅ｗ6とが、ほぼ同じである。具体的に、溶接幅ｗ5と溶接幅ｗ6とが略同じとは、溶接幅ｗ5に対する溶接幅ｗ6の比（ｗ6／ｗ5）が、０．７５≦ｗ6／ｗ5≦１．２５の関係を満たしていることをいう。
上述したようにして形成される溶接部３２を、第２嵌合代部２０ｂの外周に沿って設けることによって、レンズホルダ１０とセンサホルダ２０とが溶接される。これにより、レーザ溶接した際の、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０の収縮量が同じになり、かつ収縮により各デバイスの移動方向が同じになる。その結果、溶融固化により収縮が生じても、各ホルダが拘持する光デバイス間の相対的な位置のずれを抑制しつつ、レンズホルダ１０およびセンサホルダ２０を溶接することが可能となる。
（実施の形態３）
図２７は、本発明の実施の形態３に係る光学ユニットの構成を模式的に示す断面図である。図２７は、当該光学ユニットの中心軸を含む平面を切断面とする部分断面図である。同図に示す光学ユニット１Ａは、第一の光デバイスであるレンズ５と、レンズ５を拘持する略筒状のレンズホルダ１１と、入力された電気信号に応じたレーザ光を出射する光源６ａを有する第二の光デバイスである半導体レーザ６と、半導体レーザ６を拘持する筒状のレーザホルダ２１とを備えている。図２７では、レンズホルダ１１の中心軸と、レーザホルダ２１の中心軸とは、互いに一致しており、かつ光学ユニット１Ａの光軸Ｎ2にそれぞれ一致しているものとして説明する。光学ユニット１Ａは、光源６ａが出射した光を、レンズ５を介して外部に出射する。なお、レンズホルダ１１は第一の光デバイス拘持体、レーザホルダ２１は第二の光デバイス拘持体に相当する。
レンズ５は、ガラスや樹脂を用いて形成されるコリメートレンズや集光レンズ等により構成される。図２７では、一つのレンズを用いるものを示しているが、複数のレンズから構成されるものであってもよい。
レンズホルダ１１は、内部壁面のなす径であって、光軸Ｎ2と直交する方向の径が、レーザホルダ２１の外周のなす径と同等である。レンズホルダ１１は、レンズ５を拘持する環状の第１拘持部１１ａと、第１拘持部１１ａの光軸Ｎ2方向の端部から半導体レーザ６に向けて光軸Ｎ2方向に延在し、レーザホルダ２１と嵌合する筒状の第１嵌合代部１１ｂと、を有する。レンズ５は、例えば半田付け、または接着剤等によって第１拘持部１１ａに固定されている。なお、レンズホルダ１１の内部壁面のなす径は、レーザホルダ２１が嵌入可能であり、かつ、接合前にホルダ同士の相対位置を調整することが可能な径であればよい。
レーザホルダ２１は、半導体レーザ６を拘持する環状の第２拘持部２１ａと、第２拘持部２１ａの光軸Ｎ2方向の端部からレンズ５側とは反対側に向けて光軸Ｎ2方向に延在し、レンズホルダ１１と嵌合する筒状の第２嵌合代部２１ｂと、を有する。半導体レーザ６は、例えばレーザ溶接によって第２拘持部２１ａに固定されている。
レンズホルダ１１およびレーザホルダ２１は、レーザ光によって溶融固化した際に、同じ程度の収縮率を有する材料を用いて構成されていることが好ましい。この材料としては、ステンレス鋼（フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト系）、鉄鋼材料（機械構造用炭素鋼、一般構造用圧延鋼）、インバー材、樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene：ＡＢＳ、Poly Ether Ether Ketone：ＰＥＥＫ）が挙げられる。
光学ユニット１Ａを作製する際、まず、レンズ５と半導体レーザ６の光源６ａとの間の距離ｄ5が、予め設定されている光学条件を満たす距離となるように、レンズホルダ１１とレーザホルダ２１との相対的な位置を調整する。その後、第１嵌合代部１１ｂおよび第２嵌合代部２１ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ2方向において第１拘持部１１ａの拘持面Ｐ11および第２拘持部２１ａの拘持面Ｐ21に挟まれる領域ＲBの外側の部分に、レーザ光を照射して溶融固化させ、レンズホルダ１１およびレーザホルダ２１を接合する。この際に用いられるレーザ光は、例えば、上述した図７に示すような、加工下限強度ＩLにおけるビーム径ＷLと、ピーク強度ＩPにおけるビーム径ＷPとの値が略同じであり、ビーム断面の外縁側からビーム中心に向かってビーム強度が大きくなる強度分布を有するレーザ光である。このレーザ溶接によって、照射領域の単位面積当たりの蓄積エネルギーが略均一のレーザ光が照射され、レンズホルダ１１およびレーザホルダ２１には、互いに溶融した部分が混合して硬化してなる溶接ビードが形成される。この溶接ビードを第１嵌合代部１１ｂの外周に沿って複数個形成することによって溶接部３３が形成される。接合後の光学ユニット１Ａにおいて、レンズ５および半導体レーザ６は、各々が、溶接部３３に対して同じ側でレンズホルダ１１およびレーザホルダ２１に拘持されている。すなわち、レンズホルダ１１およびレーザホルダ２１において、レンズ５および半導体レーザ６をそれぞれ拘持してデバイスに連なっている部分が、溶接部３３を介して同じ側にある。
上述したように、第１嵌合代部１１ｂの一部と第２嵌合代部２１ｂの一部とには、互いを接合する溶接部３３が形成されている。溶接部３３は、第１嵌合代部１１ｂの厚さ方向の中央部の溶接幅をｗ7、第２嵌合代部２１ｂの厚さ方向の中央部の溶接幅をｗ8としたとき、溶接幅ｗ7と溶接幅ｗ8とはほぼ同じである。具体的に、溶接幅ｗ7と溶接幅ｗ8とが略同じとは、溶接幅ｗ7に対する溶接幅ｗ8の比（ｗ8／ｗ7）が、０．７５≦ｗ8／ｗ7≦１．２５の範囲であることが好ましい。
以上説明した本発明の実施の形態３では、ビーム径ＷLとビーム径ＷPとの値が略同じであり、かつビーム断面の外縁側からビーム中心に向かってビーム強度が大きくなる強度分布を有するレーザ光を、第１嵌合代部１１ｂおよび第２嵌合代部２１ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ2方向において第１拘持部１１ａの拘持面Ｐ11および第２拘持部２１ａの拘持面Ｐ21に挟まれる領域ＲBの外側の部分に照射することによってレンズホルダ１１およびレーザホルダ２１を接合するようにした。これにより、レーザ溶接した際の、レンズホルダ１１およびレーザホルダ２１の収縮量が同じになり、その結果、溶融固化により収縮が生じても、各ホルダが拘持する光デバイス間の相対的な位置のずれを抑制しつつ、レンズホルダ１１およびレーザホルダ２１を溶接することが可能となる。
なお、上述した実施の形態３では、図７に示すようなビーム径ＷLとビーム径ＷPとの値が略同じであり、かつビーム断面の外縁側からビーム中心に向かってビーム強度が大きくなる強度分布を有するレーザ光を用いるものとして説明したが、上述した実施の形態２や、その変形例を適用してもよい。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、上述した実施の形態１〜３では、溶接部が、最も内周側のホルダの内周側の表面には達しないものとして説明したが、これに限らない。例えば、溶接部が、光軸方向と直交する径方向で重なり合う部材のうち、最も外周側のホルダの外周側の表面から最も内周側のホルダの内周側の表面に達するものであってもよい。
また、例えば、上述した実施の形態１において、各ホルダのレーザ光の照射部分の厚さを、他の部分の厚さと比して小さくするなど、部分的に厚さが異なるようにしてもよい。これにより、小さいエネルギーのレーザ光によって溶接を行うことが可能となり、光デバイスへの熱影響を小さくすることができる。
また、上述した実施の形態１〜３では、レーザ光によるレーザ溶接を行ってホルダ同士を接合するものとして説明したが、接合方法はこれに限らない。例えば、電子ビーム溶接や、抵抗溶接等の公知の溶接技術を用いることも可能である。ただし、接触式の溶接装置を用いる場合は、溶接する際にホルダ間に位置ずれが生じないように、被接触式の溶接を行う場合と比して、一段と強固にホルダを固定することが好ましい。
また、上述した実施の形態１〜３において、各ホルダは、光軸Ｎ1方向からみた形状が、円でもよいし、楕円でもよいし、多角形でもよい。各ホルダは、光デバイスを拘持可能なスリーブ状をなしていればよい。
また、上述した実施の形態１〜３において、接合対象の組をなすホルダは、溶接により接合可能であれば、光軸方向からみた形状が互いに異なる形状をなすものであってもよいし、光軸と直交する方向で重なり合うすべての部分において嵌合する必要はなく、一部が嵌合していればよいし、光デバイス同士における光軸と直交する方向の位置決めが可能であれば、重なり合う部分に隙間があってもよい。
また、上述した実施の形態１〜３では、第二の光デバイス拘持体が、イメージセンサまたは半導体レーザのみを拘持しているものとして説明したが、第二の光デバイス拘持体が、光デバイスであるレンズをさらに拘持するようにしてもよい。この場合、第二の光デバイス拘持体では、第２拘持部が複数の光デバイスを拘持することになる。
また、上述した実施の形態１〜３では、光デバイスである一つのレンズを拘持する第一の光デバイス拘持体と、光デバイスとしてイメージセンサ４または半導体レーザ６を拘持する第二の光デバイス拘持体とを溶接するものとして説明したが、第一の光デバイス拘持体が複数のレンズを拘持するものであってもよいし、第一の光デバイスをそれぞれ拘持する複数の第一の光デバイス拘持体を備え、第一の光デバイス拘持体同士を溶接するとともに、第一の光デバイス拘持体と第二の光デバイス拘持体とを溶接するようにしてもよい。光デバイスを少なくとも一つ拘持する複数の第一の光デバイス拘持体、および第二の光デバイス拘持体のうち、接合対象のホルダを、上述した位置関係を満たす溶接部を形成して接合する構成であっても適用可能である。
また、上述した第一および第二の光デバイスは、各々が、レンズや、貼り合せまたは互い独立した複数のレンズからなる群レンズ、光ファイバ、光導波路光アイソレータ、半導体レーザ、発光素子、受光素子、光増幅器、撮像素子、光電変換素子等、光を伝達したり、他のエネルギーに変換したりする素子であってその素子そのものや、これらの何れかの素子を備えたデバイスから選択される一つである。
このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。
１、１Ａ 光学ユニット
３、５ レンズ
４ イメージセンサ
６ 半導体レーザ
１０、１１ レンズホルダ
１０ａ、１１ａ 第１拘持部
１０ｂ、１１ｂ 第１嵌合代部
２０ センサホルダ
２０ａ、２１ａ 第２拘持部
２０ｂ、２１ｂ 第２嵌合代部
２１ レーザホルダ
３０、３１、３２ 溶接部

Claims (5)

  1. 内部に一つ以上の第一の光デバイスを拘持する第一の拘持部、および前記第一の拘持部から延設する第一の嵌合代部を有するスリーブ状の第一の光デバイス拘持体と、
    内部に一つ以上の第二の光デバイスを拘持する第二の拘持部、および前記第二の拘持部から延設する第二の嵌合代部を有するスリーブ状の第二の光デバイス拘持体と、
    を備える光学ユニットの組立方法において、
    前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部を夫々嵌合し、前記第一の光デバイス拘持体と前記第二の光デバイス拘持体とを相対移動して、前記第一の光デバイスと前記第二の光デバイスの間隔を光路長調整する光学調整工程と、
    前記光学調整工程に続き、前記光デバイスの光軸方向における領域であって、前記第一の拘持部を通過し、前記光学デバイスの光軸と垂直な面である拘持面と、前記第二の拘持部を通過し、前記光軸と垂直な面である拘持面とに挟まれる領域から前記領域外の前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部との重ね部分に、前記光デバイスの光軸と略直交する方向から照射領域の単位面積当たりの蓄積エネルギーが略均一のレーザ光を照射して前記第一の光デバイス拘持体と前記第二の光デバイス拘持体とを溶接固定する溶接工程と、
    を含むことを特徴とする光学ユニットの組立方法。
  2. 前記溶接工程は、前記レーザ光のピーク強度のビーム径をＷP、前記レーザ光の加工下限強度のビーム径をＷLとしたときに、ビーム径ＷPに対するビーム径ＷLの比（ＷL／ＷP）が１．０≦ＷL／ＷP≦１．５を満たす前記レーザ光を照射する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニットの組立方法。
  3. 前記溶接工程は、前記レーザ光の光軸を歳差運動させながら予め設定された時間間隔で複数回の前記レーザ光の照射を行う
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニットの組立方法。
  4. 前記溶接工程は、前記レーザ光の照射面上の焦点位置を中心点として前記レーザ光の光軸を歳差運動させる
    ことを特徴とする請求項３に記載の光学ユニットの組立方法。
  5. 前記溶接工程は、パルス発振された前記レーザ光の照射を行う
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学ユニットの組立方法。
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