JP4312018B2 - 光学モジュールの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光学モジュールの製造方法に関する。
従来、光ディスク方式の情報記憶媒体、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）に情報を読み書きする光ピックアップヘッドなどの光学モジュールを作製する際には、光学部品をホルダに固着させるために紫外線硬化性樹脂を用いている。
図８（ａ）に示す光学ユニット１は樹脂製のホルダ２に光学部品３を固定したものである。この光学ユニット１の作製時には、図８（ｂ）に示すように、樹脂製ホルダ２と光学部品３との隙間に紫外線硬化性樹脂４を充填し、その接合部付近まで紫外線ランプ７からファイバ６で紫外光５を導いて照射することにより、紫外線硬化性樹脂４を硬化させ、光学部品３・ホルダ２を固着させている。
しかしこの方法では、紫外線硬化性樹脂の硬化速度が遅いため、固着に数秒から数十秒の時間を要する。短時間で固着できればそれだけ時間短縮することができ、光学モジュールのコストを下げることが可能である。そこで近年、レーザ接合技術の適用が検討されている。一般的なレーザ接合技術では、レーザ照射によって樹脂を局所的に溶融温度Ｔｘ以上まで昇温させ、その溶融部分を被固定物に接触させた後、レーザ照射を停止し溶融温度Ｔｘよりも降温させることにより、溶融部分を固体に戻して、被固定物に固着させる（例えば特許文献１参照）。
図９はレーザ照射による固着方法を示す。光学系８により所定の光束形状に生成したレーザ光９をホルダ２に照射して、ホルダ２の樹脂を加熱溶融させ、その溶融部分１０によって、接合すべき光学部品３などとの隙間を埋める。
実開昭６０−１４０２２５号公報
ホルダ上での光学部品の位置を調整するためには調整代が必要であり、両者の接合部間の隙間は必然的に大きくなる。ところがホルダの接合部の樹脂にレーザを照射しても、隙間を埋めるに十分な変形を起こせないことがある。また一般的なレーザ接合技術では接合対象物との隙間を埋めるために溶融樹脂の流動性を利用するのみであり、隙間を埋めるほどには樹脂が流れ出さないことがある。つまり、樹脂製ホルダに光学部品をレーザ接合する際に両者間の隙間が大きいと埋めることができず、光学部品を固定することができない、あるいは所定の強度で固定することができない、という問題がある。
本発明は、接合部間の隙間が比較的大きい場合も安定して固着・固定できる光学モジュールの製造方法およびそれによる光学モジュールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の光学モジュールの製造方法は、光学部品と樹脂ホルダとの間に前記光学部品の位置調整用の隙間を設けた状態で、前記樹脂ホルダにレーザ光を照射して前記樹脂ホルダを溶融発泡させることにより前記光学部品に対向する前記樹脂ホルダの面を膨張させ、前記膨張により前記位置調整用の隙間を前記膨張前より小さくした後に、前記光学部品と前記樹脂ホルダとを接合させることを特徴とする。
また上記構成において、前記樹脂ホルダの面の膨張により前記位置調整用の隙間を小さくするとともに、前記位置調整用の隙間の範囲内で前記光学部品を相対的に移動させ、前記光学部品と前記樹脂ホルダとを接合させることを特徴とする。前記光学部品を移動させて前記膨張した樹脂ホルダの面と接触させ、前記接触後に前記光学部品と前記樹脂ホルダとを接合させることを特徴とする。前記光学部品を前記膨張した樹脂ホルダの面と接触させた後に、前記光学部品を位置調整し、前記位置調整後に光学部品と前記樹脂ホルダとを接合させることを特徴とする。
本発明の光学モジュールの製造方法は、樹脂製接合物を溶融させて強制的に被接合物側へ変形させる構成を有することにより、接合部間の隙間が比較的大きい場合も安定して接合することができるものであり、光学部品を樹脂ホルダに接合した光学モジュールに所定の固着・固定強度を確保できる。
本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態におけるレーザ接合方法の実施状況を示す断面図、図２は同レーザ接合方法の実施時の接合対象物の変化を示す一部拡大断面図である。
図１において、樹脂製ホルダ２および光学部品３は光学ユニット（図８（ａ）の光学ユニット１参照）を構成するものである。樹脂製ホルダ２は凹状をなし、内部に配置されて位置調整された光学部品３との間に隙間ｂを形成している。光学部品３はたとえばガラス製ホログラムプレートであり、レーザ接合作業時も樹脂製ホルダ２の受け面（互いの位置関係を明らかにするために隙間を大きく図示している）で保持されるか、あるいは上下面から摘んで保持される。８は半導体レーザなどのレーザ光９を所定の光束形状に生成するための光学系である。
図２（ａ）に示す樹脂製ホルダ２において、１１はレーザ光９が直接照射されて昇温する内周上端の部位（以下レーザ照射部１１という）であり、１２、１３はそれぞれレーザ照射部１１を熱源として熱伝導で昇温する表層または内層の部位である（以下、表層部１３、内層部１２という）。
ここで、レーザ照射部１１、内層部１２、表層部１３のそれぞれの平均的な温度をＴ１１、Ｔ１２、Ｔ１３で表すと、レーザ照射部１１は上記したようにレーザ光９が直接的に照射される部位であるため最も温度が高く、熱伝導によって昇温する内層部１２、表層部１３はレーザ照射部１１よりも温度は低くなる。また表層部１３は露出面から放熱するため、露出面を持たない内層部１２よりも温度は低くなる。つまり以下の（式１）が成り立つ。
Ｔ１３＜Ｔ１２＜Ｔ１１ （式１）
そこで、光学部品３を樹脂製ホルダ２に固定するために、以下の温度関係（式２）を満たすように樹脂製ホルダ２にレーザ光９を照射して樹脂を昇温させる。式中、Ｔｘは樹脂製ホルダ２を構成する樹脂の溶融温度、Ｔｙは同じく分解温度である。
Ｔｘ＜Ｔ１３＜Ｔｙ＜Ｔ１２＜Ｔ１１ （式２）
この場合、表層部１３の温度Ｔ１３は溶融温度Ｔｘよりも高いため表層部１３の樹脂は液化する。またレーザ照射部１１、内層部１２の温度Ｔ１１、Ｔ１２は分解温度Ｔｙよりも高いため、レーザ照射部１１、内層部１２の樹脂は分解し、樹脂中に含まれる例えば炭素原子や酸素原子が結合して二酸化炭素などのガスが発生する。
それにより、図２（ｂ）に示すように、内層部１２、表層部１３の樹脂がガス１４によって発泡し始め、膨張して光学部品３との隙間を埋める方向に変形し、表層部１３の樹脂は液状であるため光学部品３に接触した時に付着する。この状態でレーザ照射を停止するなどの冷却操作を行なうと、レーザ照射部１１、内層部１２、表層部１３は溶融温度以下になり硬化する。
このようにして、光学部品３と樹脂製ホルダ２との隙間ｂが大きい場合も、樹脂製ホルダ２が膨らむことで隙間ｂが埋められ、光学部品３は樹脂製ホルダ２に確実に接合される。
以上の温度制御を実現するレーザ照射システムの一例を図３に示す。２３は上述した光学系８に向けてレーザ光９を出射する光源であり、２４は光源２３の出力パワーを調整するレーザコントローラである。２０は樹脂製ホルダ２と光学部品３との接合部付近（レーザ照射部１１、内層部１２、表層部１３を含む領域）を観察するための光学系であり、２１は光学系２０を通して撮像するカメラであり、２２はカメラ２１の撮像画像のデータから接合部付近の体積変化を演算し、その演算結果をレーザコントローラ２４に出力する画像演算処理装置である。
このような構成により、レーザコントローラ２４は、画像演算処理装置２２から入力する演算結果に基づいて、接合部付近の体積がレーザ照射前と同じであれば光源２３から出射するレーザ光９のパワーを上げ、体積変化が生じたらレーザ光９のパワーを下げるというフィードバック制御を行なう。その結果、式２の温度関係によって実現される状態が安定して形成される。
なおこの第１実施形態では、炭素原子の他に酸素原子を含んだ樹脂よりなる樹脂製ホルダを用いたが、水素原子、窒素原子などを含んだ樹脂を材料とする樹脂製ホルダを用いても同様にして光学部品３を接合できる。このような樹脂には、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂などがある。
（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態におけるレーザ接合方法の実施状況を示す断面図である。この第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、樹脂製ホルダ２が、水平方向（紙面左右方向）に振動する振動ステージ１５上に設置されている点である。
光学部品３を樹脂製ホルダ２に固定する際には、実施形態１と同様にレーザ９を樹脂製ホルダ２に照射して、溶融温度Ｔｘよりも高温になった溶融部分１０を生ぜしめる。それとともに振動ステージ１５を振動動作させて樹脂製ホルダ２を振動させる。このときには、振動ステージ１５の振幅と周波数を適宜に選択することにより、樹脂製ホルダ２と光学部品３の相対変位を制御する。
このことにより、左右に振動する樹脂製ホルダ２に対して光学部品３が慣性力により相対運動し、光学部品３の振動方向が変化した時に、図５（ａ）に示すように、光学部品３の一側の外周部が樹脂製ホルダ２の一側の内周部の溶融部分１０と接触し、溶融部分１０の粘性によって接触部分どうし付着する。
さらに光学部品３の振動方向が変化した時に、図５（ｂ）に示すように、光学部品３の他側の外周部が樹脂製ホルダ２の他側の溶融部分１０と接触し、溶融部分１０の粘性によって接触部分どうし付着する。先に溶融部分１０で付着した樹脂製ホルダ２の一側の内周部と光学部品３の一側の外周部も、間隔が広がるものの付着は維持される。
このようにして振動方向の変化を繰り返すことで、図５（ｃ）に示すように、樹脂製ホルダ２の溶融部分１０を光学部品３に付着させることができる。この後にレーザ照射を停止するなどの冷却操作を行なうと、溶融部分１０は溶融温度以下になって硬化し、光学部品３は樹脂製ホルダ２に図５（ｄ）に示す状態に接合、固定される。
光学部品３を樹脂製ホルダ２に対して正確に位置決めする必要がある場合は、振動ステージ１５による樹脂製ホルダ２の振動の周波数および振幅を調整することにより、樹脂製ホルダ２と光学部品３は相対変位せずに溶融した樹脂のみが相対運動する状態にする。
なお、レーザ光９を出射する光源としては半導体レーザが好適に使用できる。この場合には、レーザ光９により溶融する樹脂は発泡を伴ってもよいし伴わなくともよい。
（第３実施形態）
図６は本発明の第３実施形態におけるレーザ接合方法の実施状況を示す断面図である。この第３実施形態が第１実施形態と相違するのは、図６（ａ）に示すように、レーザ光９による溶融部分１０に向けて窒素ガス１７を噴出可能な複数のノズル１６を設けた点である。
このことにより、図６（ｂ）に示すように、ノズル１６より噴出させる窒素ガス１７の風圧によって溶融部分１０を中央側へ変形させて、光学部品３に付着させることができる。その際に窒素ガス１７によって溶融物１０が降温して固化してしまわないように、窒素ガス１７を適度な高温にしておくことが好ましい。
この後にレーザ照射を停止するなどの冷却操作を行なうことで、付着した溶融部分１０を冷え固まらせて、光学部品３を樹脂製ホルダ２に接合、固定できるのは上記と同様である。
なお、溶融部分１０に風圧を与えるためにここでは窒素ガス１７を使用したが、これに代えて空気を利用してもよい。ただし、溶融した樹脂や光学部品３と化学反応を起こさせないために、窒素ガス１７のような不活性なガスの使用が適している場合もある。
（第４実施形態）
図７は本発明の第４実施形態におけるレーザ接合方法の実施状況を示す断面図である。この第４実施形態が第１実施形態と相違するのは、図示したように、レーザ光９による溶融部分１０に向けて音波を供給可能な音波発生装置１８を設けた点である。
このことにより、図７（ａ）に示すように音波１９を溶融部分１０にあてることによって、図７（ｂ）に示すように溶融部分１０を音圧で中央側へ変形させ、光学部品３に付着させることができる。
この後にレーザ照射を停止するなどの冷却操作を行なうことで、付着した溶融部分１０を冷え固まらせて、光学部品３を樹脂製ホルダ２に接合、固定できるのは上記と同様である。
なお、音波に代えて超音波を用いても同様の効果が得られる。
本発明は、樹脂製ホルダを用いた光学モジュールの製造に有用である。
本発明の第１実施形態におけるレーザ接合方法の実施状況を示す断面図 図１のレーザ接合方法の実施時の樹脂製ホルダの変化を示す一部拡大断面図 図１のレーザ接合方法の実施時の温度制御を実現するレーザ照射システムの構成図 本発明の第２実施形態におけるレーザ接合方法の実施状況を示す断面図 図４のレーザ接合方法を実施する装置構成を示す断面図 本発明の第３実施形態におけるレーザ接合方法の実施状況を示す断面図 本発明の第４実施形態におけるレーザ接合方法の実施状況を示す断面図 （ａ）従来よりある光学ユニットの斜視図および（ｂ）同光学ユニットを紫外線硬化樹脂を使用して作製する状況を示す断面図 図８の光学ユニットをレーザ光を使用して作製する状況を示す断面図
符号の説明
２ 樹脂製ホルダ
３ 光学部品
８ 光学系
９ レーザ光
14 ガス
15 振動ステージ
16 ノズル
17 窒素ガス
18 音波発生装置
21 カメラ
22 画像演算処理装置
23 光源
24 レーザコントローラ

Claims (4)

  1. 光学部品と樹脂ホルダとの間に前記光学部品の位置調整用の隙間を設けた状態で、前記樹脂ホルダにレーザ光を照射して前記樹脂ホルダを溶融発泡させることにより前記光学部品に対向する前記樹脂ホルダの面を膨張させ、前記膨張により前記位置調整用の隙間を前記膨張前より小さくした後に、前記光学部品と前記樹脂ホルダとを接合させる光学モジュールの製造方法。
  2. 前記樹脂ホルダの面の膨張により前記位置調整用の隙間を小さくするとともに、前記位置調整用の隙間の範囲内で前記光学部品を相対的に移動させ、前記光学部品と前記樹脂ホルダとを接合させることを特徴とする請求項１記載の光学モジュールの製造方法。
  3. 前記光学部品を移動させて前記膨張した樹脂ホルダの面と接触させ、前記接触後に前記光学部品と前記樹脂ホルダとを接合させることを特徴とする請求項２記載の光学モジュールの製造方法。
  4. 前記光学部品を前記膨張した樹脂ホルダの面と接触させた後に、前記光学部品を位置調整し、前記位置調整後に光学部品と前記樹脂ホルダとを接合させることを特徴とする請求項３記載の光学モジュールの製造方法。
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