JP4582285B2 - 光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子のビーム出射側で基板に配置される、アナモルフィックプリズムやビームスプリッタのような光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ（ＬＤ）から出射されるビームは、楕円形となっているため、ビーム形状を真円に整形する目的でアナモルフィックプリズムが使用されている（特許文献１）。図９は、アナモルフィックプリズムの配置例を示す説明図である。図９において、５０は半導体レーザ、５１は半導体レーザから出射されるビームを平行光に変換するコリメータレンズ、５２、５３はアナモルフィックプリズムである。
【０００３】
なお図９では図示を省略しているが、アナモルフィックプリズムで整形されたビームＲを分岐させて、フォトダイオード（ＰＤ）などにビームを導くためにビームスプリッタが使用される場合もある。
【０００４】
前記アナモルフィックプリズムは、半導体レーザから出射されるビームに対して位置合わせをして固定板に取り付けている。図１０は、アナモルフィックプリズム５２の取り付けの例を示す説明図である。図１０において、５４は載置板、５５は載置板５４に形成された段部である。この段部にアナモルフィックプリズム５２の側面を当接させて固定する。前記段部５５は、アナモルフィックプリズム５２の整形倍率をある値に固定したときに、当該倍率に適した角度でアナモルフィックプリズム５２を載置板５４に固定するように形成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−２５００２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、アナモルフィックプリズムの整形倍率を予め所定の値に定めているので、これに適したアスペクト比（縦横比）以外の半導体レーザでは、ビームを真円に整形することができないという問題があった。また、前記のようにアナモルフィックプリズムの載置板には、所定の位置に段差を形成しており、半導体レーザのビーム整形を行うためにアナモルフィックプリズムの取り付け角度を変化させることができない、という問題があった。
【０００７】
すなわち、従来の光学素子の位置調整固定方法では、光学素子を基板上の所定の位置に位置調整して半導体発光素子から出射されるビームに対して位置合わせをする際の自由度がなく、ある定められた条件に合致した場合にのみ有効であるため、適用範囲が狭くなる、という問題があった。
【０００８】
本発明は上記のような問題に鑑み、種々の条件に制約されることなく、光学素子を基板上の所定の位置に位置調整して、半導体発光素子から出射されるビームに対して正確に位置合わせをして固定することができる光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学素子の位置調整方法は、
半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平面状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整方法であって、
（１）開口部を有する平板を前記基板の上方に固定する段階、
（２）押圧部材とつまみからなる調整治具を有し、
前記押圧部材は、前記開口部の形状に合わせて外形を円形として前記開口部に嵌合する枠体で作成し、前記枠体の裏面側は前記光学素子と相似形に形成され、
前記調整治具を前記開口部から挿入する段階、
（３）前記押圧部材を前記光学素子に押圧し、前記調整治具の操作により前記光学部材を前記基板上で位置調整して前記ビームに対して位置合わせをする段階、
からなることを特徴とする。このため、光学素子の形状などの条件に制約を受けることなく、作業者は調整治具を操作することにより、簡単に光学素子を基板の最適位置に位置調整して、半導体発光素子から出射されるビームに対する位置合わせすることができる。位置調整される光学素子は、平面状の基板に取り付けられるので、円滑に所定位置まで移動させる事ができる。また、基板の上方には平板を取り付けているので、位置調整作業中に異物が落下したり作業者が接触してコリメータレンズなどの他の光学素子の取り付け位置を移動させて光学装置の動作に支障を来たす事態を防止することができる。さらに、載置板上に配置されている他の部品の損傷も防止することができる。
【００１０】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、押圧部材は、光学素子の平面視と相似形状の枠体で形成し、当該枠体を光学素子に被着することを特徴とする。このように、光学素子の平面形状に合わせて相似形に形成した枠体を用いることにより、光学素子の移動が容易となり、精度良く位置調整を行うことができる。
【００１１】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、押圧部材を光学素子と平面で当接する弾性部材で形成したことを特徴とする。このため、押圧部材の構成が簡単になり、コストを低減することができる。
【００１２】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、光学素子は、アナモルフィックプリズム、ビームスプリッタのいずれか、またはその双方であることを特徴とする。このため、光学装置にこれらの光学素子を用いた場合の位置調整を精度良く行う事ができる。
【００１３】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、半導体発光素子は半導体レーザであり、半導体レーザから出射されるビームに対して位置合わせをして固定する光学素子はアナモルフィックプリズムであることを特徴とする。このため、使用される半導体レーザのアスペクト比がどのような値であっても、アナモルフィックプリズムの位置調整を行うことにより、真円にビーム整形をすることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、半導体発光素子として、発光層に
ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X≦１、０≦Y≦１、X+Y≦１）
を用いた窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。このため、このような半導体発光素子を光源として用いた光学装置において、光学素子の位置調整を精度良く行う事ができる。
【００１５】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整固定方法であって、
（１）光源の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を前記基板と前記光学素子の間に塗布する段階、
（２）前記半導体発光素子を発光させて前記接着剤にビームの漏れ光を照射するとともに前記光学素子を前記基板上で位置調整して仮接着させて前記ビームに対して位置合わせをする段階、
（３）さらに接着剤を再度塗布する本接着により前記光学素子を前記基板に固定する段階、
からなることを特徴とする。このため、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤で光学素子を基板に接着する際に、外部光源などの装置を使用する必要がない。種々の光学装置として使用される装置内蔵の半導体発光素子を接着剤の硬化手段としても使用しているので、半導体発光素子の使用効率が向上する上に安価で簡単な構成でとすることができる。また、外部光源の設置場所に載置板を移動して、接着剤の位置と外部光源の位置との位置合わせなどを行う処理が不要となるので、処理時間も短縮できる。
【００１７】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、平板状の基板の光学素子を載置する位置に、穴または溝を形成して接着剤を充填することを特徴とする。このため、光学素子を固定する際に接着剤が増量されるので、接着剤の使用量の不足に対処可能となり接着効果を向上させることができる。
【００１８】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、光学素子の基板との接触面に穴または溝を形成して接着剤を充填することを特徴とする。このため、載置板を加工せず平面形状とした状態であっても、接着剤が増量されて、光学素子の接着効果を向上させることができる。また、平板状の基板と載置する光学素子とは、一方が穴または溝が形成されているときに他方は、平面であることが好ましい。これにより接着効果を向上させる上に、光学素子の固定精度も向上させることができる。
【００１９】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤で基板に接着される光学素子は、アナモルフィックプリズム、ビームスプリッタのいずれか、またはその双方であることを特徴とする。このため、光学装置にこれらの光学素子を用いた場合に、光学素子の位置調整を精度良く行い、簡単に基板に固定することができる。
【００２０】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、接着剤を硬化させるために使用される半導体発光素子は半導体レーザであり、半導体レーザから出射されるビームに対して位置合わせをして固定する光学素子はアナモルフィックプリズムであることを特徴とする。このため、基板上に位置合わせをしたアナモルフィックプリズムを、半導体レーザの漏れ光を利用して強固に基板に固定できる。したがって、アナモルフィックプリズムは位置ずれなどが生じないので、使用される半導体レーザのアスペクト比がどのような値であっても、安定して真円にビーム整形をすることができる。
【００２１】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、接着剤を硬化させるために使用される半導体発光素子は、発光層に
ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X≦１、０≦Y≦１、X+Y≦１）
を用いた窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。このため、このような半導体発光素子を光源として用いた光学装置において、光学素子の位置調整を精度良く行い、光学素子を基板に強固に固定する事ができる。
【００２２】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平板状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整固定方法であって、
（１）光源の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を前記基板と前記光学素子の間に塗布する段階、
（２）開口部を有する平板を前記基板の上方に固定する段階、
（３）押圧部材とつまみからなる調整治具を有し、
前記押圧部材は、前記開口部の形状に合わせて外形を円形として前記開口部に嵌合する枠体で作成し、前記枠体の裏面側は前記光学素子と相似形に形成され、
前記調整治具を前記開口部から挿入する段階、
（４）前記半導体発光素子を発光させて前記接着剤にビームの漏れ光を照射するとともに前記光学素子を前記基板上で位置調整して仮接着させて前記ビームに対して位置合わせをする段階、
（５）接着剤を再度塗布する本接着により前記光学素子を前記基板に固定する段階、
からなることを特徴とする。このため、光学素子の形状などの条件に制約を受けることなく、調整治具により円滑かつ簡単に光学素子を基板上の最適位置に位置調整して、ビームに対する位置合わせすることができる。また、基板に取り付けられている他の光学素子は平板で保護されるので、異物の落下などによる移動や損傷を防止することができる。さらに、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤で光学素子を基板に接着する際に、外部光源などの装置を使用する必要がなく、装置内蔵の半導体発光素子を使用しているので、半導体発光素子の使用効率が向上する上に安価で簡単な構成でとすることができる。なお、外部光源の設置場所に載置板を移動して、接着剤の位置と外部光源の位置との位置合わせなどを行う処理が不要となるので、処理時間も短縮できる。
【００２７】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法は、前記接着剤の仮接着は、当該接着剤を光硬化させて行うことを特徴とする。このように、仮接着においても発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤の特性を利用して光硬化による接着を行う。このため、仮接着の段階で効率良くレンズの位置調整を行うことができる。
【００２８】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法は、当該接着剤を光硬化させる時間は、仮接着よりも本接着の方を長く設定したことを特徴とする。このように、本接着で光硬化させる時間を長く設定しているので、十分な強度でホルダを固定手段に固定することができる。
【００２９】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法は、前記接着剤を本接着したときの硬化度は、接着剤を仮接着したときの硬化度よりも大きくしたことを特徴とする。仮接着の段階では本接着の段階で微調整が必要となるので、接着剤の硬化度を小さくしており、合理的なレンズの光軸方向位置調整を行うことができる。
【００３０】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、前記半導体発光素子の出射光はパルス発振による出射光であることを特徴とする。このように、パルス発振による出射光を接着剤に照射して、ホルダを固定手段に仮接着や本接着する構成としているので、レンズを精度よく位置調整することができる。
【００３１】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、前記光学素子は、前記基板への固定面を滑動させることが可能であることを特徴とする。このため、かかる光学素子一般について、精度良く位置を調整して基板に固定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下図に基づいて本発明の実施形態について説明する。本発明の基本的な構成においては、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平面状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法であって、光学素子は特定の調整治具を用いて基板上で位置調整して固定する。光学素子を基板に固定する際には、光源の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を基板と前記光学素子の間に塗布し、半導体発光素子の漏れ光を接着剤に照射する。光源の半導体発光素子として半導体レーザを使用し、光学素子としてアナモルフィックプリズムを適用する場合には、アナモルフィックプリズムを位置調整することにより、使用される半導体レーザのアスペクト比がどのような値であっても、安定して真円にビーム整形をすることができる。
【００３３】
図２は、本発明が適用される光学装置の構成例を示す概略の平面図である。図２において、半導体レーザ（ＬＤ）２０は、リード端子２１を突出させて取付板２２に取り付けられている。半導体レーザ２０のビーム出射側には、ホルダ２６に支持されているコリメータレンズ２７を光軸方向（Ｚ軸方向）の位置合わせをして配置する。ホルダ２６は固定部２３に接着剤２８で固定される。
【００３４】
載置板１３には、ばね板２４をねじ２５ａ、２５ｂで取り付けている。ばね板２４は、ホルダ２６を固定部２３の方向に押圧し、コリメータレンズ２７を半導体レーザ２０に対してＸＹ軸方向の位置合わせをしている。
【００３５】
アナモルフィックプリズム１１、１２を載置板（平面状の基板）１３に固定する。本発明においては、後述するような調整治具を用いて、アナモルフィックプリズム１１、１２の位置を調整し、実線の位置から破線の位置に固定位置を変更して、半導体レーザ２０から出射されるビームに対して位置合わせすることが可能である。このため、使用される半導体レーザ２０のアスペクト比がどのような値であっても、真円にビーム整形をすることができる。
【００３６】
１７はビームスプリッタで、ビームＲａからビームＲｂを分岐させる。ビームＲｂはフォトダイオード（ＰＤ）１８に入射される。フォトダイオード１８は入射光Ｒｂを検出し、図示を省略した制御機構により光源のＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。
【００３７】
図４は、アナモルフィックプリズムの位置を調整する際に使用する調整治具の例を示す概略の斜視図である。この調整治具１０は、つまみ６に枠体８を取り付けてチャック状治具として構成する。枠体８は、図５に裏面側の斜視図で示すように、アナモルフィックプリズム１１の平面形状に合わせて相似形に作製される。
【００３８】
つまみ６、枠体８は、合成樹脂材をモールド成型して一体に作製することができる。このように、光学素子の平面形状に合わせて相似形に形成した枠体を光学素子に被着させて、つまみを操作すれば光学素子の移動が容易となり、光学素子を載置板上で精度良く位置調整を行うことができる。載置板は平板状に形成されているので、光学素子の移動が円滑に行える。
【００３９】
載置板１３上に配置されたアナモルフィックプリズムの上面に枠体８を被着し、モニタで観察しながらビームに対する位置調整を行い、半導体レーザのビームを真円に整形する。アナモルフィックプリズムの位置が最適位置に調整されると、後述する方法で載置板１３に接着剤で接着して固定する。
【００４０】
図３は、アナモルフィックプリズムの位置調整を行う際に使用されるプレート（平板）の概略の平面図である。プレート１には、第１〜第３の開口部２〜４が形成されている。第１の開口部２は、図２のアナモルフィックプリズム１１に対応して形成する。第２の開口部３は、アナモルフィックプリズム１２に対応させ、第３の開口部は、ビームスプリッタ１７に対応させて形成する。
【００４１】
各開口部２〜４は、調整治具が通過できる大きさに形成される。それぞれの調整治具は、前記のように対象とするアナモルフィックプリズムやビームスプリッタのような、位置調整される光学素子の平面形状に合わせて相似形に形成される。各調整治具は、前記開口部２〜４を通して挿入され、光学素子に被着される。図２において、ビームスプリッタ１７については位置調整を行わない場合もある。なお、プレート１の開口部２〜４の位置関係で、光学素子の配置位置が決定されるため、開口部２，３に対する枠体８の外形は円形状に、また、開口部４に対する枠体８の形状は四角形状にすることにより、プレート１の開口部２〜４に対してそれぞれの枠体８を精度良く嵌合させることができる。
【００４２】
本発明による光学素子の位置調整を行う際には、図３のプレート１を載置板１３上に配置して固定する。次に、位置調整を行うアナモルフィックプリズム１１、１２、必要があればビームスプリッタ１７に対応する調整治具を各開口部２〜４を通して光学素子に被着し、モニタを観察してビームに対する最適位置に光学素子の位置合わせを行う。
【００４３】
本発明においては、図３に示したようなプレート１を載置板１３上に固定して、アナモルフィックプリズム１１、１２、およびビームスプリッタ１７の位置調整を行う。このため、プレート１が保護板として機能し、光学素子の位置調整作業中に異物の落下や作業者の接触を防止する。
【００４４】
したがって、光学素子の位置調整作業中に、コリメータレンズなどの載置板１３上に配置されている他の光学素子の取り付け位置を移動させてしまい、光学装置の動作に支障を来たす事態の発生を防止することができる。また、載置板１３上に配置されている他の部品の損傷も防止することができる。
【００４５】
図４、図５の例では、調整治具１０につまみ６と枠体８を設けているが、ゴムのような弾性部材をつまみ６に取り付けて調整治具１０を構成することもできる。光学素子の上面に弾性部材を押圧して、調整治具１０により載置板１３上を摺動させ光学素子をビームに対して位置合わせを行う。この場合には調整治具１０の構成が簡単になり、コストを低減することができる。
【００４６】
このような押圧部材を有する簡単な構成の調整治具を用いた場合でも、作業者は調整治具を操作することにより、簡単に光学素子を最適位置に位置合わせすることができる。本発明においては、つまみ付のチャック状治具（調整治具）を用いて、精度良く光学素子を基板上で位置調整することを特徴としている。
【００４７】
図１は、本発明による光学素子の位置調整方法の一例を示す概略の分解斜視図である。図１において、載置板１３の両側の側板１４、１５には、ねじ穴１６ａ、１６ｂが形成されている。載置板１３上の所定の位置にアナモルフィックプリズム１１、１２を配置する。
【００４８】
プレート１を矢視Ａ、Ａ方向に移動し、ねじ穴５ａ、５ｂを前記側板に形成されているねじ穴１６ａ、１６ｂと位置合わせして、ねじを各ねじ穴に挿入してプレート１と載置板１３とをねじ止めする。次に、プレート１の開口部２、３からチャック治具１０、１０’を挿入し、枠体８、９をアナモルフィックプリズム１１、１２の上面に被着する。
【００４９】
アナモルフィックプリズム１１、１２をビームに対して位置合わせを行う。各光学素子が基板上で最適位置に調整された後に、チャック治具１０、１０’を抜き出す。続いてねじを緩めプレート１を載置板１３から取り外す。載置板１３のアナモルフィックプリズム１１、１２が配置される位置、または各光学素子の裏面には、予め接着材１０ａ、１０ｂが塗布されている。
【００５０】
この接着剤１０ａ、１０ｂには、半導体レーザ２０の発光波長に感度を有する感光剤が混入されている。この感光剤には、例えば２０６ｎｍ〜６３２ｎｍ程度の波長に感度を有する材料が含まれている。
【００５１】
図２に示した半導体レーザ２０として、例えば、発光層にＩｎＡｌＧａＮを用いる窒化物系半導体レーザが使用される。この半導体レーザ２０の発光波長は、例えば４０５ｎｍである。半導体レーザ２０を発光させると、出射ビームの一部、すなわち、漏れ光を接着剤１０ａ、１０ｂに照射する。
【００５２】
この際に、前記感光剤に漏れ光が作用して接着剤１０ａ、１０ｂを仮接着させる。このため、アナモルフィックプリズム１１、１２は位置が調整された状態で、載置板１３に接着剤１０ａ、１０ｂにより固定される。仮接着の後に、再度接着剤を塗布して本接着を行う。
【００５３】
このように、本発明においては、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤１０ａ、１０ｂの仮接着に外部光源を使用する必要がない。種々の光学装置として使用される装置内蔵の半導体レーザ２０を接着剤１０ａ、１０ｂの仮接着手段としても使用している。このため、半導体レーザ２０の使用効率が向上する上に安価で簡単な構成であり、外部光源の設置場所に載置板１３を移動して、接着剤１０ａ、１０ｂの位置と外部光源の位置との位置合わせなどを行う処理が不要となるので、処理時間も短縮できる。
【００５４】
なお、前記接着剤１０ａ、１０ｂは、硬化時に収縮が少ない材料を使用する。これは、硬化時に収縮が大きい接着剤を使用すると、接着剤の硬化時に光学素子が移動して位置調整を精度良く行えない、という理由によるものである。また、前記接着剤に大きな光パワーを短時間、例えば１秒程度照射して硬化させると、接着剤１０ａ、１０ｂに収縮が生じて光学素子が移動し位置調整を精度良く行えない。このため、光学装置内の光源である半導体レーザの漏れ光で、すなわち微弱光を用いて、５〜１０秒程度の長い時間をかけて接着剤に照射し接着剤１０ａ、１０ｂを硬化させている。
【００５５】
なお、接着剤１０ａ、１０ｂを用いて光学素子を載置板１３に本接着処理する際には、半導体レーザ２０の漏れ光を使用する他に、紫外線照射装置や高温槽を利用することもできる。本接着処理の際に、光学素子は載置板１３に接着剤１０ａ、１０ｂにより仮止めされているので、光学装置を移動しても光学素子の調整位置がずれることはない。このように、接着剤を再度塗布して本接着処理を行うことにより、光学素子を載置板１３に強固に接着して固定することができる。
【００５６】
載置板１３の表面に接着剤１０ａ、１０ｂを塗布しただけでは、接着材の使用量が不足する場合もある。このような場合には、載置板１３の所定位置に穴や溝を設けておき、当該穴や溝内に接着剤を充填することにより、接着剤を増量させて接着効果の向上を図ることができる。
【００５７】
図６は、アナモルフィックプリズム１１を裏面からみた概略の斜視図である。図６の例では、アナモルフィックプリズム１１の裏面に溝１１ａを形成する。この溝１１ａと載置板１３との間に接着剤を充填することによっても接着剤を増量させることが可能となる。なお、アナモルフィックプリズム１１の載置板１３との接触面に、溝１１ａに代えて接着剤を充填するための適宜の大きさの穴を形成しても良い。
【００５８】
上記説明では、光学素子を接着する接着剤の仮接着に半導体レーザの出射光を利用している。本発明においては、半導体レーザに限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光素子の出射光を利用して、光学素子を接着する接着剤の仮接着を行うこともできる。
【００５９】
また、半導体発光素子として、発光層に
ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）
を用いた窒化物系半導体発光素子を使用することができる。この場合には、窒化物系半導体発光素子の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を適用して、光学素子を載置板に固定することができる。
【００６０】
上記の例では、アナモルフィックプリズム１１、１２とビームスプリッタ１７とを図２に示したような載置板１３上に配置している。本発明においては、上記のような形状の載置板には限定されず、種々の形状の基板に光学素子を配置する場合に適用することができる。
【００６１】
また、上記例では、主として半導体レーザから出射される楕円形のビームを真円に整形するアナモルフィックプリズムについて、ビームとの位置合わせを行うために基板上で位置調整して固定する例について説明した。本発明は、このような技術にのみ限定されるものではなく、半導体発光素子から出射されるビームに対して位置合わせを行う光学素子を、基板上で位置調整して固定する際の技術として広く適用することができる。
【００６２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図７は、半導体レーザ２０の出射光の波形例を示す特性図である。この例においては、半導体レーザ２０をパルス発振させて、オンオフのパルス波形の出射光を形成する。このように、パルス発振による出射光を接着剤に照射して、光学素子を基板に仮接着や本接着する構成としているので、光学素子を精度よく位置調整することができる。
【００６３】
本発明において、接着剤の材料と、接着剤を光硬化させるために照射する光の波長の組合せとして、本接着では仮接着と異なる材料の接着剤を用いると共に、仮接着とは異なる波長の光で接着剤を光硬化させる構成とすることができる。例えば、仮接着を半導体発光素子の可視光で、また、本接着を紫外光で行う。この際に、紫外光で硬化する接着剤は、硬化波長帯が３５０〜３８０ｎｍに、また、可視光で硬化する接着剤は、硬化波長帯が３８０〜８００ｎｍに設定される。
【００６４】
図８は、接着剤を光硬化させるために照射する光の波長の例を示す特性図である。（ａ）は光強度特性、（ｂ）は（ａ）の特性を部分的に拡大した図である。（ａ）の波形Ｉは、半導体レーザに発振閾値以下のレーザ光を出力するような電力を投入し、ＬＥＤ光を出射させた際の波形である。レーザ光の波長は、４００ｎｍである。
【００６５】
この際に、ＬＥＤ光は（ｂ）に拡大して示すように、広がりを持った光強度分布を示すので、３８０ｎｍ以下に弱い光強度を有する。本発明の実施形態においては、最初にある接着剤ａを前記ホルダと固定手段との間に塗布する。次に、前記半導体レーザに対して発振閾値以下の電力を投入し、ＬＥＤ光を出射させる。この光を用いて、ホルダと固定手段を仮接着する。位置調整後、紫外光照射装置で３６５ｎｍを照射し、本接着する。この場合には、仮接着する接着剤ａをそのまま本接着する。この接着剤ａは、紫外光で硬化するものである。
【００６６】
図８のような光強度特性を用いる他の実施形態について説明する。最初に可視光で硬化する接着剤ｂを前記光学素子と基板との間に塗布する。次に、前記半導体レーザに対して発振閾値以下の電力を投入し、ＬＥＤ光を出射させる。この光を用いて、光学素子と基板を仮接着する。位置調整後、接着剤ｂと異なる位置に前記紫外光で硬化する接着剤ａを塗布する。そして半導体レーザに対して発振閾値以上の電力を投入し、レーザ光を出射させて接着剤ａにより本接着する。この実施形態においては、本接着は、３７０ｎｍ程度の紫外光を出射する半導体レーザが使用される。このように、光硬化に外部光を使用しない構成とした場合には、外部から光が届かない所で接着できるという利点がある。例えば、光学素子の基板との接触面に穴または溝を形成して接着剤を充填する場合には、効果的に光学素子を基板に接着することができる。
【００６７】
本発明の他の実施形態においては、接着剤を光硬化させる時間は、仮接着よりも本接着の方を長く設定する。例えば、仮接着の光硬化時間を５秒間、本接着の光硬化時間を１０秒間とする。このように、本接着で光硬化させる時間を仮接着の時間よりも長く設定しているので、十分な強度でホルダを固定手段に固定することができる。
【００６８】
本発明の実施形態においては、仮接着用に設けた接着剤の個所に本接着用の波長の光を照射することが効率よく最も好ましい。この場合には、仮接着用の波長より本接着用の波長に対して硬化度の高い接着剤を用いる。しかしながら、本発明の実施形態においては、仮接着用に設けた接着剤の個所と別の個所に同じ接着剤を設けて、本接着用の波長の光を照射する構成とすることもできる。
【００６９】
このように、本発明の実施形態においては、（１）接着剤の材料は、紫外光で硬化する材料、可視光で硬化する材料、熱硬化する材料のいずれか（２）接着剤を硬化させる手段は、半導体発光素子（レーザ光）、レーザ光とは波長が異なる外部光、熱硬化のいずれか（３）接着剤を塗布する位置は、仮接着と本接着で同一か異なるか（４）接着剤を硬化させるための光の照射時間は、仮接着と本接着で長短があるか、の各選択肢を仮接着と本接着で適宜選択することにより、最適の位置調整を行うことができる。この際に、各選択肢すべてを包括できる概念としては、「仮接着と本接着を比べたとき、本接着による硬化の方が、硬化度が高い」ことになる。
【００７０】
以上の説明では、光学素子としてアナモルフィックプリズム、ビームスプリッタのいずれか、またはその双方を対象にしている。しかしながら、本発明で適用される光学素子は、これらのものには限定されない。例えば、偏光用のプリズムのような光学素子も含めることができる。すなわち、本発明は、これらの光学素子を１つのグループとする場合を総称して、「基板への固定面を滑動させることが可能である光学素子」を対象とするものである。このため、かかる光学素子一般について、精度良く位置を調整して基板に固定することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光学素子の形状などの条件に制約を受けることなく、作業者は調整治具を操作することにより、簡単に光学素子を基板上の最適位置に位置調整して、半導体発光素子から出射されるビームに対する位置合わせすることができる。光学素子は、平面状の基板に取り付けられるので、円滑に所定位置まで移動させる事ができる。また、基板の上方には平板を取り付けているので、平板が保護手段として機能し、位置調整作業中に異物の落下や作業者の不要な位置への接触を防ぐことができる。このため、コリメータレンズなどの他の光学素子の取り付け位置を移動させて光学装置の動作に支障を来たす事態を防止することができる。さらに、載置板上に配置されている他の部品の損傷も防止することができる。
【００７２】
また、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤で光学素子を基板に仮接着する際に外部光源などの装置を使用する必要がない。種々の光学装置として使用される装置内蔵の半導体発光素子を接着剤の仮接着手段としても使用しているので、半導体発光素子の使用効率が向上する上に安価で簡単な構成とすることができる。また、外部光源の設置場所に載置板を移動して、接着剤の位置と外部光源の位置との位置合わせなどを行う処理が不要となるので、処理時間も短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る構成の概略の分解斜視図である。
【図２】本発明が適用される光学装置の例を示す概略の平面図である。
【図３】プレートの一例を示す概略の平面図である。
【図４】チャック治具の一例を示す概略の斜視図である。
【図５】図４のチャック治具を裏面からみた概略の斜視図である。
【図６】本発明に使用されるアナモルフィックプリズムの例を裏面からみた概略の斜視図である。
【図７】半導体レーザの出射光の波形例を示す特性図である。
【図８】光の波長の例を示す特性図である。
【図９】アナモルフィックプリズムの配置例を示す説明図である。
【図１０】アナモルフィックプリズムの取り付けの例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・プレート
２・・・第１の開口部
３・・・第２の開口部
４・・・第３の開口部
５ａ、５ｂ・・・ねじ穴
６、７・・・つまみ
８、９・・・枠体
１０・・・調整治具
１０ａ、１０ｂ・・・接着剤
１１・・・アナモルフィックプリズム
１１ａ・・・溝部
１２・・・アナモルフィックプリズム
１３・・・載置板
１４、１５・・・側板
１６ａ、１６ｂ・・・ねじ穴
１７・・・ビームスプリッタ
１８・・・フォトダイオード（ＰＤ）
２０・・・半導体レーザ（ＬＤ）
２１・・・リード端子
２２・・・取付板
２３・・・固定部
２４・・・ばね板
２５ａ、２５ｂ・・・ねじ
２６・・・ホルダ
２７・・・コリメータレンズ
２８・・・接着剤
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子のビーム出射側で基板に配置される、アナモルフィックプリズムやビームスプリッタのような光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ（ＬＤ）から出射されるビームは、楕円形となっているため、ビーム形状を真円に整形する目的でアナモルフィックプリズムが使用されている（特許文献１）。図９は、アナモルフィックプリズムの配置例を示す説明図である。図９において、５０は半導体レーザ、５１は半導体レーザから出射されるビームを平行光に変換するコリメータレンズ、５２、５３はアナモルフィックプリズムである。
【０００３】
なお図９では図示を省略しているが、アナモルフィックプリズムで整形されたビームＲを分岐させて、フォトダイオード（ＰＤ）などにビームを導くためにビームスプリッタが使用される場合もある。
【０００４】
前記アナモルフィックプリズムは、半導体レーザから出射されるビームに対して位置合わせをして固定板に取り付けている。図１０は、アナモルフィックプリズム５２の取り付けの例を示す説明図である。図１０において、５４は載置板、５５は載置板５４に形成された段部である。この段部にアナモルフィックプリズム５２の側面を当接させて固定する。前記段部５５は、アナモルフィックプリズム５２の整形倍率をある値に固定したときに、当該倍率に適した角度でアナモルフィックプリズム５２を載置板５４に固定するように形成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−２５００２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、アナモルフィックプリズムの整形倍率を予め所定の値に定めているので、これに適したアスペクト比（縦横比）以外の半導体レーザでは、ビームを真円に整形することができないという問題があった。また、前記のようにアナモルフィックプリズムの載置板には、所定の位置に段差を形成しており、半導体レーザのビーム整形を行うためにアナモルフィックプリズムの取り付け角度を変化させることができない、という問題があった。
【０００７】
すなわち、従来の光学素子の位置調整固定方法では、光学素子を基板上の所定の位置に位置調整して半導体発光素子から出射されるビームに対して位置合わせをする際の自由度がなく、ある定められた条件に合致した場合にのみ有効であるため、適用範囲が狭くなる、という問題があった。
【０００８】
本発明は上記のような問題に鑑み、種々の条件に制約されることなく、光学素子を基板上の所定の位置に位置調整して、半導体発光素子から出射されるビームに対して正確に位置合わせをして固定することができる光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学素子の位置調整方法は、
半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平面状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整方法であって、
（１）開口部を有する平板を前記基板の上方に固定する段階、
（２）押圧部材とつまみからなる調整治具を有し、
前記押圧部材は、前記開口部の形状に合わせて外形を円形として前記開口部に嵌合する枠体で作成し、前記枠体の裏面側は前記光学素子と相似形に形成され、
前記調整治具を前記開口部から挿入する段階、
（３）前記押圧部材を前記光学素子に押圧し、前記調整治具の操作により前記光学部材を前記基板上で位置調整して前記ビームに対して位置合わせをする段階、
からなることを特徴とする。このため、光学素子の形状などの条件に制約を受けることなく、作業者は調整治具を操作することにより、簡単に光学素子を基板の最適位置に位置調整して、半導体発光素子から出射されるビームに対する位置合わせすることができる。位置調整される光学素子は、平面状の基板に取り付けられるので、円滑に所定位置まで移動させる事ができる。また、基板の上方には平板を取り付けているので、位置調整作業中に異物が落下したり作業者が接触してコリメータレンズなどの他の光学素子の取り付け位置を移動させて光学装置の動作に支障を来たす事態を防止することができる。さらに、載置板上に配置されている他の部品の損傷も防止することができる。
【００１０】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、押圧部材は、光学素子の平面視と相似形状の枠体で形成し、当該枠体を光学素子に被着することを特徴とする。このように、光学素子の平面形状に合わせて相似形に形成した枠体を用いることにより、光学素子の移動が容易となり、精度良く位置調整を行うことができる。
【００１１】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、押圧部材を光学素子と平面で当接する弾性部材で形成したことを特徴とする。このため、押圧部材の構成が簡単になり、コストを低減することができる。
【００１２】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、光学素子は、アナモルフィックプリズム、ビームスプリッタのいずれか、またはその双方であることを特徴とする。このため、光学装置にこれらの光学素子を用いた場合の位置調整を精度良く行う事ができる。
【００１３】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、半導体発光素子は半導体レーザであり、半導体レーザから出射されるビームに対して位置合わせをして固定する光学素子はアナモルフィックプリズムであることを特徴とする。このため、使用される半導体レーザのアスペクト比がどのような値であっても、アナモルフィックプリズムの位置調整を行うことにより、真円にビーム整形をすることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法は、半導体発光素子として、発光層に
ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X≦１、０≦Y≦１、X+Y≦１）
を用いた窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。このため、このような半導体発光素子を光源として用いた光学装置において、光学素子の位置調整を精度良く行う事ができる。
【００１５】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整固定方法であって、
（１）光源の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を前記基板と前記光学素子の間に塗布する段階、
（２）前記半導体発光素子を発光させて前記接着剤にビームの漏れ光を照射するとともに前記光学素子を前記基板上で位置調整して仮接着させて前記ビームに対して位置合わせをする段階、
（３）さらに接着剤を再度塗布する本接着により前記光学素子を前記基板に固定する段階、
からなることを特徴とする。このため、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤で光学素子を基板に接着する際に、外部光源などの装置を使用する必要がない。種々の光学装置として使用される装置内蔵の半導体発光素子を接着剤の硬化手段としても使用しているので、半導体発光素子の使用効率が向上する上に安価で簡単な構成でとすることができる。また、外部光源の設置場所に載置板を移動して、接着剤の位置と外部光源の位置との位置合わせなどを行う処理が不要となるので、処理時間も短縮できる。
【００１７】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、平板状の基板の光学素子を載置する位置に、穴または溝を形成して接着剤を充填することを特徴とする。このため、光学素子を固定する際に接着剤が増量されるので、接着剤の使用量の不足に対処可能となり接着効果を向上させることができる。
【００１８】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、光学素子の基板との接触面に穴または溝を形成して接着剤を充填することを特徴とする。このため、載置板を加工せず平面形状とした状態であっても、接着剤が増量されて、光学素子の接着効果を向上させることができる。また、平板状の基板と載置する光学素子とは、一方が穴または溝が形成されているときに他方は、平面であることが好ましい。これにより接着効果を向上させる上に、光学素子の固定精度も向上させることができる。
【００１９】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤で基板に接着される光学素子は、アナモルフィックプリズム、ビームスプリッタのいずれか、またはその双方であることを特徴とする。このため、光学装置にこれらの光学素子を用いた場合に、光学素子の位置調整を精度良く行い、簡単に基板に固定することができる。
【００２０】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、接着剤を硬化させるために使用される半導体発光素子は半導体レーザであり、半導体レーザから出射されるビームに対して位置合わせをして固定する光学素子はアナモルフィックプリズムであることを特徴とする。このため、基板上に位置合わせをしたアナモルフィックプリズムを、半導体レーザの漏れ光を利用して強固に基板に固定できる。したがって、アナモルフィックプリズムは位置ずれなどが生じないので、使用される半導体レーザのアスペクト比がどのような値であっても、安定して真円にビーム整形をすることができる。
【００２１】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、接着剤を硬化させるために使用される半導体発光素子は、発光層に
ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X≦１、０≦Y≦１、X+Y≦１）
を用いた窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。このため、このような半導体発光素子を光源として用いた光学装置において、光学素子の位置調整を精度良く行い、光学素子を基板に強固に固定する事ができる。
【００２２】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平板状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整固定方法であって、
（１）光源の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を前記基板と前記光学素子の間に塗布する段階、
（２）開口部を有する平板を前記基板の上方に固定する段階、
（３）押圧部材とつまみからなる調整治具を有し、
前記押圧部材は、前記開口部の形状に合わせて外形を円形として前記開口部に嵌合する枠体で作成し、前記枠体の裏面側は前記光学素子と相似形に形成され、
前記調整治具を前記開口部から挿入する段階、
（４）前記半導体発光素子を発光させて前記接着剤にビームの漏れ光を照射するとともに前記光学素子を前記基板上で位置調整して仮接着させて前記ビームに対して位置合わせをする段階、
（５）接着剤を再度塗布する本接着により前記光学素子を前記基板に固定する段階、
からなることを特徴とする。このため、光学素子の形状などの条件に制約を受けることなく、調整治具により円滑かつ簡単に光学素子を基板上の最適位置に位置調整して、ビームに対する位置合わせすることができる。また、基板に取り付けられている他の光学素子は平板で保護されるので、異物の落下などによる移動や損傷を防止することができる。さらに、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤で光学素子を基板に接着する際に、外部光源などの装置を使用する必要がなく、装置内蔵の半導体発光素子を使用しているので、半導体発光素子の使用効率が向上する上に安価で簡単な構成でとすることができる。なお、外部光源の設置場所に載置板を移動して、接着剤の位置と外部光源の位置との位置合わせなどを行う処理が不要となるので、処理時間も短縮できる。
【００２７】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法は、前記接着剤の仮接着は、当該接着剤を光硬化させて行うことを特徴とする。このように、仮接着においても発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤の特性を利用して光硬化による接着を行う。このため、仮接着の段階で効率良くレンズの位置調整を行うことができる。
【００２８】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法は、当該接着剤を光硬化させる時間は、仮接着よりも本接着の方を長く設定したことを特徴とする。このように、本接着で光硬化させる時間を長く設定しているので、十分な強度でホルダを固定手段に固定することができる。
【００２９】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法は、前記接着剤を本接着したときの硬化度は、接着剤を仮接着したときの硬化度よりも大きくしたことを特徴とする。仮接着の段階では本接着の段階で微調整が必要となるので、接着剤の硬化度を小さくしており、合理的なレンズの光軸方向位置調整を行うことができる。
【００３０】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、前記半導体発光素子の出射光はパルス発振による出射光であることを特徴とする。このように、パルス発振による出射光を接着剤に照射して、ホルダを固定手段に仮接着や本接着する構成としているので、レンズを精度よく位置調整することができる。
【００３１】
本発明の実施形態に記載の光学素子の位置調整固定方法は、前記光学素子は、前記基板への固定面を滑動させることが可能であることを特徴とする。このため、かかる光学素子一般について、精度良く位置を調整して基板に固定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下図に基づいて本発明の実施形態について説明する。本発明の基本的な構成においては、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平面状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整方法および位置調整固定方法であって、光学素子は特定の調整治具を用いて基板上で位置調整して固定する。光学素子を基板に固定する際には、光源の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を基板と前記光学素子の間に塗布し、半導体発光素子の漏れ光を接着剤に照射する。光源の半導体発光素子として半導体レーザを使用し、光学素子としてアナモルフィックプリズムを適用する場合には、アナモルフィックプリズムを位置調整することにより、使用される半導体レーザのアスペクト比がどのような値であっても、安定して真円にビーム整形をすることができる。
【００３３】
図２は、本発明が適用される光学装置の構成例を示す概略の平面図である。図２において、半導体レーザ（ＬＤ）２０は、リード端子２１を突出させて取付板２２に取り付けられている。半導体レーザ２０のビーム出射側には、ホルダ２６に支持されているコリメータレンズ２７を光軸方向（Ｚ軸方向）の位置合わせをして配置する。ホルダ２６は固定部２３に接着剤２８で固定される。
【００３４】
載置板１３には、ばね板２４をねじ２５ａ、２５ｂで取り付けている。ばね板２４は、ホルダ２６を固定部２３の方向に押圧し、コリメータレンズ２７を半導体レーザ２０に対してＸＹ軸方向の位置合わせをしている。
【００３５】
アナモルフィックプリズム１１、１２を載置板（平面状の基板）１３に固定する。本発明においては、後述するような調整治具を用いて、アナモルフィックプリズム１１、１２の位置を調整し、実線の位置から破線の位置に固定位置を変更して、半導体レーザ２０から出射されるビームに対して位置合わせすることが可能である。このため、使用される半導体レーザ２０のアスペクト比がどのような値であっても、真円にビーム整形をすることができる。
【００３６】
１７はビームスプリッタで、ビームＲａからビームＲｂを分岐させる。ビームＲｂはフォトダイオード（ＰＤ）１８に入射される。フォトダイオード１８は入射光Ｒｂを検出し、図示を省略した制御機構により光源のＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。
【００３７】
図４は、アナモルフィックプリズムの位置を調整する際に使用する調整治具の例を示す概略の斜視図である。この調整治具１０は、つまみ６に枠体８を取り付けてチャック状治具として構成する。枠体８は、図５に裏面側の斜視図で示すように、アナモルフィックプリズム１１の平面形状に合わせて相似形に作製される。
【００３８】
つまみ６、枠体８は、合成樹脂材をモールド成型して一体に作製することができる。このように、光学素子の平面形状に合わせて相似形に形成した枠体を光学素子に被着させて、つまみを操作すれば光学素子の移動が容易となり、光学素子を載置板上で精度良く位置調整を行うことができる。載置板は平板状に形成されているので、光学素子の移動が円滑に行える。
【００３９】
載置板１３上に配置されたアナモルフィックプリズムの上面に枠体８を被着し、モニタで観察しながらビームに対する位置調整を行い、半導体レーザのビームを真円に整形する。アナモルフィックプリズムの位置が最適位置に調整されると、後述する方法で載置板１３に接着剤で接着して固定する。
【００４０】
図３は、アナモルフィックプリズムの位置調整を行う際に使用されるプレート（平板）の概略の平面図である。プレート１には、第１〜第３の開口部２〜４が形成されている。第１の開口部２は、図２のアナモルフィックプリズム１１に対応して形成する。第２の開口部３は、アナモルフィックプリズム１２に対応させ、第３の開口部は、ビームスプリッタ１７に対応させて形成する。
【００４１】
各開口部２〜４は、調整治具が通過できる大きさに形成される。それぞれの調整治具は、前記のように対象とするアナモルフィックプリズムやビームスプリッタのような、位置調整される光学素子の平面形状に合わせて相似形に形成される。各調整治具は、前記開口部２〜４を通して挿入され、光学素子に被着される。図２において、ビームスプリッタ１７については位置調整を行わない場合もある。なお、プレート１の開口部２〜４の位置関係で、光学素子の配置位置が決定されるため、開口部２，３に対する枠体８の外形は円形状に、また、開口部４に対する枠体８の形状は四角形状にすることにより、プレート１の開口部２〜４に対してそれぞれの枠体８を精度良く嵌合させることができる。
【００４２】
本発明による光学素子の位置調整を行う際には、図３のプレート１を載置板１３上に配置して固定する。次に、位置調整を行うアナモルフィックプリズム１１、１２、必要があればビームスプリッタ１７に対応する調整治具を各開口部２〜４を通して光学素子に被着し、モニタを観察してビームに対する最適位置に光学素子の位置合わせを行う。
【００４３】
本発明においては、図３に示したようなプレート１を載置板１３上に固定して、アナモルフィックプリズム１１、１２、およびビームスプリッタ１７の位置調整を行う。このため、プレート１が保護板として機能し、光学素子の位置調整作業中に異物の落下や作業者の接触を防止する。
【００４４】
したがって、光学素子の位置調整作業中に、コリメータレンズなどの載置板１３上に配置されている他の光学素子の取り付け位置を移動させてしまい、光学装置の動作に支障を来たす事態の発生を防止することができる。また、載置板１３上に配置されている他の部品の損傷も防止することができる。
【００４５】
図４、図５の例では、調整治具１０につまみ６と枠体８を設けているが、ゴムのような弾性部材をつまみ６に取り付けて調整治具１０を構成することもできる。光学素子の上面に弾性部材を押圧して、調整治具１０により載置板１３上を摺動させ光学素子をビームに対して位置合わせを行う。この場合には調整治具１０の構成が簡単になり、コストを低減することができる。
【００４６】
このような押圧部材を有する簡単な構成の調整治具を用いた場合でも、作業者は調整治具を操作することにより、簡単に光学素子を最適位置に位置合わせすることができる。本発明においては、つまみ付のチャック状治具（調整治具）を用いて、精度良く光学素子を基板上で位置調整することを特徴としている。
【００４７】
図１は、本発明による光学素子の位置調整方法の一例を示す概略の分解斜視図である。図１において、載置板１３の両側の側板１４、１５には、ねじ穴１６ａ、１６ｂが形成されている。載置板１３上の所定の位置にアナモルフィックプリズム１１、１２を配置する。
【００４８】
プレート１を矢視Ａ、Ａ方向に移動し、ねじ穴５ａ、５ｂを前記側板に形成されているねじ穴１６ａ、１６ｂと位置合わせして、ねじを各ねじ穴に挿入してプレート１と載置板１３とをねじ止めする。次に、プレート１の開口部２、３からチャック治具１０、１０’を挿入し、枠体８、９をアナモルフィックプリズム１１、１２の上面に被着する。
【００４９】
アナモルフィックプリズム１１、１２をビームに対して位置合わせを行う。各光学素子が基板上で最適位置に調整された後に、チャック治具１０、１０’を抜き出す。続いてねじを緩めプレート１を載置板１３から取り外す。載置板１３のアナモルフィックプリズム１１、１２が配置される位置、または各光学素子の裏面には、予め接着材１０ａ、１０ｂが塗布されている。
【００５０】
この接着剤１０ａ、１０ｂには、半導体レーザ２０の発光波長に感度を有する感光剤が混入されている。この感光剤には、例えば２０６ｎｍ〜６３２ｎｍ程度の波長に感度を有する材料が含まれている。
【００５１】
図２に示した半導体レーザ２０として、例えば、発光層にＩｎＡｌＧａＮを用いる窒化物系半導体レーザが使用される。この半導体レーザ２０の発光波長は、例えば４０５ｎｍである。半導体レーザ２０を発光させると、出射ビームの一部、すなわち、漏れ光を接着剤１０ａ、１０ｂに照射する。
【００５２】
この際に、前記感光剤に漏れ光が作用して接着剤１０ａ、１０ｂを仮接着させる。このため、アナモルフィックプリズム１１、１２は位置が調整された状態で、載置板１３に接着剤１０ａ、１０ｂにより固定される。仮接着の後に、再度接着剤を塗布して本接着を行う。
【００５３】
このように、本発明においては、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤１０ａ、１０ｂの仮接着に外部光源を使用する必要がない。種々の光学装置として使用される装置内蔵の半導体レーザ２０を接着剤１０ａ、１０ｂの仮接着手段としても使用している。このため、半導体レーザ２０の使用効率が向上する上に安価で簡単な構成であり、外部光源の設置場所に載置板１３を移動して、接着剤１０ａ、１０ｂの位置と外部光源の位置との位置合わせなどを行う処理が不要となるので、処理時間も短縮できる。
【００５４】
なお、前記接着剤１０ａ、１０ｂは、硬化時に収縮が少ない材料を使用する。これは、硬化時に収縮が大きい接着剤を使用すると、接着剤の硬化時に光学素子が移動して位置調整を精度良く行えない、という理由によるものである。また、前記接着剤に大きな光パワーを短時間、例えば１秒程度照射して硬化させると、接着剤１０ａ、１０ｂに収縮が生じて光学素子が移動し位置調整を精度良く行えない。このため、光学装置内の光源である半導体レーザの漏れ光で、すなわち微弱光を用いて、５〜１０秒程度の長い時間をかけて接着剤に照射し接着剤１０ａ、１０ｂを硬化させている。
【００５５】
なお、接着剤１０ａ、１０ｂを用いて光学素子を載置板１３に本接着処理する際には、半導体レーザ２０の漏れ光を使用する他に、紫外線照射装置や高温槽を利用することもできる。本接着処理の際に、光学素子は載置板１３に接着剤１０ａ、１０ｂにより仮止めされているので、光学装置を移動しても光学素子の調整位置がずれることはない。このように、接着剤を再度塗布して本接着処理を行うことにより、光学素子を載置板１３に強固に接着して固定することができる。
【００５６】
載置板１３の表面に接着剤１０ａ、１０ｂを塗布しただけでは、接着材の使用量が不足する場合もある。このような場合には、載置板１３の所定位置に穴や溝を設けておき、当該穴や溝内に接着剤を充填することにより、接着剤を増量させて接着効果の向上を図ることができる。
【００５７】
図６は、アナモルフィックプリズム１１を裏面からみた概略の斜視図である。図６の例では、アナモルフィックプリズム１１の裏面に溝１１ａを形成する。この溝１１ａと載置板１３との間に接着剤を充填することによっても接着剤を増量させることが可能となる。なお、アナモルフィックプリズム１１の載置板１３との接触面に、溝１１ａに代えて接着剤を充填するための適宜の大きさの穴を形成しても良い。
【００５８】
上記説明では、光学素子を接着する接着剤の仮接着に半導体レーザの出射光を利用している。本発明においては、半導体レーザに限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光素子の出射光を利用して、光学素子を接着する接着剤の仮接着を行うこともできる。
【００５９】
また、半導体発光素子として、発光層に
ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）
を用いた窒化物系半導体発光素子を使用することができる。この場合には、窒化物系半導体発光素子の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を適用して、光学素子を載置板に固定することができる。
【００６０】
上記の例では、アナモルフィックプリズム１１、１２とビームスプリッタ１７とを図２に示したような載置板１３上に配置している。本発明においては、上記のような形状の載置板には限定されず、種々の形状の基板に光学素子を配置する場合に適用することができる。
【００６１】
また、上記例では、主として半導体レーザから出射される楕円形のビームを真円に整形するアナモルフィックプリズムについて、ビームとの位置合わせを行うために基板上で位置調整して固定する例について説明した。本発明は、このような技術にのみ限定されるものではなく、半導体発光素子から出射されるビームに対して位置合わせを行う光学素子を、基板上で位置調整して固定する際の技術として広く適用することができる。
【００６２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図７は、半導体レーザ２０の出射光の波形例を示す特性図である。この例においては、半導体レーザ２０をパルス発振させて、オンオフのパルス波形の出射光を形成する。このように、パルス発振による出射光を接着剤に照射して、光学素子を基板に仮接着や本接着する構成としているので、光学素子を精度よく位置調整することができる。
【００６３】
本発明において、接着剤の材料と、接着剤を光硬化させるために照射する光の波長の組合せとして、本接着では仮接着と異なる材料の接着剤を用いると共に、仮接着とは異なる波長の光で接着剤を光硬化させる構成とすることができる。例えば、仮接着を半導体発光素子の可視光で、また、本接着を紫外光で行う。この際に、紫外光で硬化する接着剤は、硬化波長帯が３５０〜３８０ｎｍに、また、可視光で硬化する接着剤は、硬化波長帯が３８０〜８００ｎｍに設定される。
【００６４】
図８は、接着剤を光硬化させるために照射する光の波長の例を示す特性図である。（ａ）は光強度特性、（ｂ）は（ａ）の特性を部分的に拡大した図である。（ａ）の波形Ｉは、半導体レーザに発振閾値以下のレーザ光を出力するような電力を投入し、ＬＥＤ光を出射させた際の波形である。レーザ光の波長は、４００ｎｍである。
【００６５】
この際に、ＬＥＤ光は（ｂ）に拡大して示すように、広がりを持った光強度分布を示すので、３８０ｎｍ以下に弱い光強度を有する。本発明の実施形態においては、最初にある接着剤ａを前記ホルダと固定手段との間に塗布する。次に、前記半導体レーザに対して発振閾値以下の電力を投入し、ＬＥＤ光を出射させる。この光を用いて、ホルダと固定手段を仮接着する。位置調整後、紫外光照射装置で３６５ｎｍを照射し、本接着する。この場合には、仮接着する接着剤ａをそのまま本接着する。この接着剤ａは、紫外光で硬化するものである。
【００６６】
図８のような光強度特性を用いる他の実施形態について説明する。最初に可視光で硬化する接着剤ｂを前記光学素子と基板との間に塗布する。次に、前記半導体レーザに対して発振閾値以下の電力を投入し、ＬＥＤ光を出射させる。この光を用いて、光学素子と基板を仮接着する。位置調整後、接着剤ｂと異なる位置に前記紫外光で硬化する接着剤ａを塗布する。そして半導体レーザに対して発振閾値以上の電力を投入し、レーザ光を出射させて接着剤ａにより本接着する。この実施形態においては、本接着は、３７０ｎｍ程度の紫外光を出射する半導体レーザが使用される。このように、光硬化に外部光を使用しない構成とした場合には、外部から光が届かない所で接着できるという利点がある。例えば、光学素子の基板との接触面に穴または溝を形成して接着剤を充填する場合には、効果的に光学素子を基板に接着することができる。
【００６７】
本発明の他の実施形態においては、接着剤を光硬化させる時間は、仮接着よりも本接着の方を長く設定する。例えば、仮接着の光硬化時間を５秒間、本接着の光硬化時間を１０秒間とする。このように、本接着で光硬化させる時間を仮接着の時間よりも長く設定しているので、十分な強度でホルダを固定手段に固定することができる。
【００６８】
本発明の実施形態においては、仮接着用に設けた接着剤の個所に本接着用の波長の光を照射することが効率よく最も好ましい。この場合には、仮接着用の波長より本接着用の波長に対して硬化度の高い接着剤を用いる。しかしながら、本発明の実施形態においては、仮接着用に設けた接着剤の個所と別の個所に同じ接着剤を設けて、本接着用の波長の光を照射する構成とすることもできる。
【００６９】
このように、本発明の実施形態においては、（１）接着剤の材料は、紫外光で硬化する材料、可視光で硬化する材料、熱硬化する材料のいずれか（２）接着剤を硬化させる手段は、半導体発光素子（レーザ光）、レーザ光とは波長が異なる外部光、熱硬化のいずれか（３）接着剤を塗布する位置は、仮接着と本接着で同一か異なるか（４）接着剤を硬化させるための光の照射時間は、仮接着と本接着で長短があるか、の各選択肢を仮接着と本接着で適宜選択することにより、最適の位置調整を行うことができる。この際に、各選択肢すべてを包括できる概念としては、「仮接着と本接着を比べたとき、本接着による硬化の方が、硬化度が高い」ことになる。
【００７０】
以上の説明では、光学素子としてアナモルフィックプリズム、ビームスプリッタのいずれか、またはその双方を対象にしている。しかしながら、本発明で適用される光学素子は、これらのものには限定されない。例えば、偏光用のプリズムのような光学素子も含めることができる。すなわち、本発明は、これらの光学素子を１つのグループとする場合を総称して、「基板への固定面を滑動させることが可能である光学素子」を対象とするものである。このため、かかる光学素子一般について、精度良く位置を調整して基板に固定することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光学素子の形状などの条件に制約を受けることなく、作業者は調整治具を操作することにより、簡単に光学素子を基板上の最適位置に位置調整して、半導体発光素子から出射されるビームに対する位置合わせすることができる。光学素子は、平面状の基板に取り付けられるので、円滑に所定位置まで移動させる事ができる。また、基板の上方には平板を取り付けているので、平板が保護手段として機能し、位置調整作業中に異物の落下や作業者の不要な位置への接触を防ぐことができる。このため、コリメータレンズなどの他の光学素子の取り付け位置を移動させて光学装置の動作に支障を来たす事態を防止することができる。さらに、載置板上に配置されている他の部品の損傷も防止することができる。
【００７２】
また、発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤で光学素子を基板に仮接着する際に外部光源などの装置を使用する必要がない。種々の光学装置として使用される装置内蔵の半導体発光素子を接着剤の仮接着手段としても使用しているので、半導体発光素子の使用効率が向上する上に安価で簡単な構成とすることができる。また、外部光源の設置場所に載置板を移動して、接着剤の位置と外部光源の位置との位置合わせなどを行う処理が不要となるので、処理時間も短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る構成の概略の分解斜視図である。
【図２】本発明が適用される光学装置の例を示す概略の平面図である。
【図３】プレートの一例を示す概略の平面図である。
【図４】チャック治具の一例を示す概略の斜視図である。
【図５】図４のチャック治具を裏面からみた概略の斜視図である。
【図６】本発明に使用されるアナモルフィックプリズムの例を裏面からみた概略の斜視図である。
【図７】半導体レーザの出射光の波形例を示す特性図である。
【図８】光の波長の例を示す特性図である。
【図９】アナモルフィックプリズムの配置例を示す説明図である。
【図１０】アナモルフィックプリズムの取り付けの例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・プレート
２・・・第１の開口部
３・・・第２の開口部
４・・・第３の開口部
５ａ、５ｂ・・・ねじ穴
６、７・・・つまみ
８、９・・・枠体
１０・・・調整治具
１０ａ、１０ｂ・・・接着剤
１１・・・アナモルフィックプリズム
１１ａ・・・溝部
１２・・・アナモルフィックプリズム
１３・・・載置板
１４、１５・・・側板
１６ａ、１６ｂ・・・ねじ穴
１７・・・ビームスプリッタ
１８・・・フォトダイオード（ＰＤ）
２０・・・半導体レーザ（ＬＤ）
２１・・・リード端子
２２・・・取付板
２３・・・固定部
２４・・・ばね板
２５ａ、２５ｂ・・・ねじ
２６・・・ホルダ
２７・・・コリメータレンズ
２８・・・接着剤
Claims (16)
- 半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平面状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをする光学素子の位置調整方法であって、
（１）開口部を有する平板を前記基板の上方に固定する段階、
（２）押圧部材とつまみからなる調整治具を有し、
前記押圧部材は、前記開口部の形状に合わせて外形を円形として前記開口部に嵌合する枠体で作成し、前記枠体の裏面側は前記光学素子と相似形に形成され、
前記調整治具を前記開口部から挿入する段階、
（３）前記押圧部材を前記光学素子に押圧し、前記調整治具の操作により前記光学素子を前記基板上で位置調整して前記ビームに対して位置合わせをする段階、
からなることを特徴とする、光学素子の位置調整方法。 - 前記光学素子は、アナモルフィックプリズムである請求項１に記載の光学素子の位置調整方法。
- 前記光学素子はさらにビームスプリッタを有し、前記調整治具は、前記ビームスプリッタを押圧する外形が四角形の押圧部材を有し、前記平板は、前記ビームスプリッタの押圧部材が通過可能な開口部も形成される請求項２に記載の光学素子の位置調整方法。
- 半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平板状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整固定方法であって、
（１）光源の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を前記基板と前記光学素子の間に塗布する段階、
（２）前記半導体発光素子を発光させて前記接着剤にビームの漏れ光を照射するとともに前記光学素子を前記基板上で位置調整して仮接着させて前記ビームに対して位置合わせをする段階、
（３）さらに接着剤を再度塗布する本接着により前記光学素子を前記基板に固定する段階、
からなることを特徴とする、光学素子の位置調整固定方法。 - 前記基板の前記光学素子を載置する位置に、穴または溝を形成して前記接着剤を充填する請求項４に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 前記光学素子の前記基板との接触面に穴または溝を形成して前記接着剤を充填する請求項４に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 前記光学素子は、アナモルフィックプリズム、ビームスプリッタのいずれか、またはその双方である請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 当該接着剤を光硬化させる時間は、仮接着よりも本接着の方を長く設定した請求項４に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 前記接着剤を本接着したときの硬化度は、接着剤を仮接着したときの硬化度よりも大きくした請求項４に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射側で平面状の基板に取り付けられる光学素子とを有し、前記半導体発光素子から出射されるビームに対して前記光学素子の位置合わせをして固定する光学素子の位置調整固定方法であって、
（１）光源の発光波長に感度を有する感光剤を混入した接着剤を前記基板と前記光学素子の間に塗布する段階、
（２）開口部を有する平板を前記基板の上方に固定する段階、
（３）押圧部材とつまみからなる調整治具を有し、
前記押圧部材は、前記開口部の形状に合わせて外形を円形として前記開口部に嵌合する枠体で作成し、前記枠体の裏面側は前記光学素子と相似形に形成され、
前記調整治具を前記開口部から挿入する段階、
（４）前記半導体発光素子を発光させて前記接着剤にビームの漏れ光を照射するとともに前記光学素子を前記基板上で位置調整して仮接着させて前記ビームに対して位置合わせをする段階、
（５）接着剤を再度塗布する本接着により前記光学素子を前記基板に固定する段階、
からなることを特徴とする、光学素子の位置調整固定方法。 - 前記光学素子は、アナモルフィックプリズムである請求項１０に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 前記光学素子はさらにビームスプリッタを有し、前記調整治具は、前記ビームスプリッタを押圧する外形が四角形の押圧部材を有し、前記平板は、前記ビームスプリッタの押圧部材が通過可能な開口部も形成される請求項１１に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 前記基板の前記光学素子を載置する位置に、穴または溝を形成して前記接着剤を充填する請求項１０に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 前記光学素子の前記基板との接触面に穴または溝を形成して前記接着剤を充填する請求項１０に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 当該接着剤を光硬化させる時間は、仮接着よりも本接着の方を長く設定した請求項１０に記載の光学素子の位置調整固定方法。
- 前記接着剤を本接着したときの硬化度は、接着剤を仮接着したときの硬化度よりも大きくした請求項１０に記載の光学素子の位置調整固定方法。
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