JP6782650B2 - 光学ユニット - Google Patents

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に関する。

従来、産業用に用いられる光学ユニットは、所望の光学特性を得るために、例えば光電変換素子の特性に応じてレンズの相対的な位置が調整されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、レンズを拘持するレンズホルダと、半導体レーザを拘持するレーザホルダとの相対的な位置調整を行った後、レーザ溶接によりホルダ同士を固定した光学ユニットが開示されている。

図２１は、従来の光学ユニットの構成を示す模式図である。同図に示す光学ユニット２００は、レンズ２０１と、レンズ２０１を拘持する略筒状のレンズホルダ２０２と、半導体レーザ２０３と、半導体レーザ２０３を拘持する筒状のレーザホルダ２０４とを備えている。レンズ２０１は、例えば半田付け、または接着剤を用いた接着によってレンズホルダ２０２に固定されている。半導体レーザ２０３は、例えばレーザ溶接によってレーザホルダ２０４に固定されている。なお、レンズホルダ２０２の中心軸と、レーザホルダ２０４の中心軸とは、光学ユニット２００の光軸Ｎ₂₀₀にそれぞれ一致している。

また、レンズホルダ２０２とレーザホルダ２０４とは、レーザ溶接によって固定される。具体的な固定方法を説明する。まず、レンズホルダ２０２にレーザホルダ２０４を収容後、レンズ２０１と半導体レーザ２０３とが予め設定された光学条件を満たすように、レンズホルダ２０２に対するレーザホルダ２０４の位置を調整する。レーザホルダ２０４の位置は、例えば、レンズ２０１と半導体レーザ２０３の光源２０３ａとの間の距離ｄ₂₀₀が、予め設定されている距離となるように調整される。その後、レンズホルダ２０２の外周側からレーザ光を照射して、レンズホルダ２０２およびレーザホルダ２０４を溶接する。このレーザ溶接によって、レンズホルダ２０２およびレーザホルダ２０４には、互いに溶融した部分が混合して固化してなる溶接部２０５が形成される。このようにして、レンズホルダ２０２とレーザホルダ２０４とが固定される。

特開平７−２８１０６２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際、収縮によるホルダの寸法変化が生じる。ホルダの収縮量は、レーザ光を照射する範囲によって変わる。例えば、図２１に示す光学ユニット２００のように、レンズホルダ２０２に形成される溶接部２０５の寸法と、レーザホルダ２０４に形成される溶接部２０５の寸法とが異なると、各ホルダの収縮量が異なるために、溶接前に配置されたレンズ２０１と半導体レーザ２０３との位置関係が変化してしまう。具体的に、溶接部２０５のレンズホルダ２０２の厚さ方向の中央部の寸法（以下、溶接幅ともいう）をｄ₂₀₁、溶接部２０５のレーザホルダ２０４の厚さ方向の中央部の溶接幅をｄ₂₀₂としたとき、溶接幅ｄ₂₀₁と溶接幅ｄ₂₀₂との差が大きいと、溶融固化した際のレンズ２０１と半導体レーザ２０３との光軸Ｎ₂₀₀方向の相対的な位置のずれも大きい。このような位置のずれが生じると、光学ユニット２００において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が溶接によって接合された場合であっても、所望の光学特性を有する光学ユニット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、前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部とを嵌合し、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で溶接して固定された光学ユニットにおいて、前記光学ユニット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、前記光学ユニット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の外部に位置し、かつ前記重ね部分における前記光軸方向の前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部との端部が略揃ってなる縁面部に、前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部とに亘り溶融固化した溶接部、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光学ユニットは、上記発明において、前記溶接部は、前記光軸方向と垂直な方向において、前記第一の嵌合代部の第一の溶接深さと前記第二の嵌合代部の第二の溶接深さとが、略同じに形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光学ユニットは、上記発明において、前記第一の溶接深さに対する前記第二の溶接深さの比が、０．７５以上１．２５以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る光学ユニットは、上記発明において、前記溶接部は、前記光軸方向において、前記第一の嵌合代部の第一の溶接幅と前記第二の嵌合代部の第二の溶接幅とが、略同じに形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光学ユニットは、上記発明において、前記溶接部は、複数の溶接ビードから形成され、前記溶接ビードは、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を通過する合わせ面に対して垂直、かつ前記光軸に対して平行な断面において、前記合わせ面に対して少なくとも一部が対称であることを特徴とする。

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が溶接によって接合された場合であっても、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斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図である。 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に係る光学ユニットの作製を説明する模式図である。 図７は、レーザ溶接を行った際の各ホルダの収縮について説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る光学ユニットの要部の構成を模式的に示す断面図である。 図９は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る光学ユニットの構成を模式的に示す斜視図である。 図１０は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態２に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態２に係る光学ユニットの作製を説明する部分断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態２の変形例に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図である。 図１５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斜視図である。 図１６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部分断面図である。 図１７は、本発明の実施の形態３に係る光学ユニットの作製を説明する部分断面図である。 図１８は、本発明の実施の形態４に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図である。 図１９は、本発明の実施の形態５に係る光学ユニットの作製を説明するための部分断面図である。 図２０は、本発明の実施の形態５に係る光学ユニットの要部の構成を模式的に示す断面図である。 図２１は、従来の光学ユニットの構成を示す模式図である。

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斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図であり、当該光学ユニットの光軸Ｎ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、第一の光デバイスであるレンズ２と、レンズ２を拘持する略筒状のレンズホルダ１０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３ａを有する第二の光デバイスである半導体レーザ３と、半導体レーザ３を拘持する筒状のレーザホルダ２０とを備えている。図１では、レンズホルダ１０の中心軸と、レーザホルダ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Ｎに一致しているものとして説明する。光学ユニット１は、光源３ａが出射した光を、レンズ２を介して外部に出射する。本実施の形態１において、レンズホルダ１０は第一の光デバイス拘持体、レーザホルダ２０は第二の光デバイス拘持体に相当する。

レンズ２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により構成される。なお、本実施の形態１では、レンズホルダ１０が一つのレンズ２を拘持しているものとして説明するが、レンズホルダ１０が複数のレンズからなる光デバイスを拘持するものであってもよい。

レンズホルダ１０は、レンズ２を拘持する環状の第１拘持部１０ａと、第１拘持部１０ａの光軸Ｎ方向の端部から半導体レーザ３に向けて光軸Ｎ方向に沿って延在し、レーザホルダ２０と嵌合する筒状の第１嵌合代部１０ｂと、を有する。第１拘持部１０ａには、例えば半田付け、または接着剤を用いた接着によってレンズ２が固定される。なお、第１嵌合代部１０ｂの内周の径は、レーザホルダ２０の外周の径と同じであるが、レーザホルダ２０が嵌入可能な径であればよい。

レーザホルダ２０は、半導体レーザ３を拘持する第２拘持部２０ａと、第２拘持部２０ａの光軸Ｎ方向の端部からレンズ２側と反対側に向けて光軸Ｎ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。第２拘持部２０ａには、例えばレーザ溶接によって半導体レーザ３が固定される。第２拘持部２０ａの外周の径は、レンズホルダ１０の内周の径と同等か、若干小さい。

レンズホルダ１０およびレーザホルダ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。また、光学ユニット１の作製において、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０とを嵌合させるときに、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０との位置調整を容易に行えるように、第１嵌合代部１０ｂおよび第２嵌合代部２０ｂの表面粗さを小さくしてもよいし、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとの嵌合部分の一部に、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとが非接触となるような切欠き等による隙間が形成されるようにしてもよい。

また、本実施の形態１において、各嵌合代部の光軸Ｎ方向と直交する径方向の長さを厚さとしたとき、レンズホルダ１０の第１嵌合代部１０ｂの厚さｔ₁₀と、レーザホルダ２０の第２嵌合代部２０ｂの厚さｔ₂₀とは、同じである。

光学ユニット１において、レンズ２と半導体レーザ３の光源３ａとの間の距離ｄ₁は、予め設定されている光学条件を満たす距離である。

レンズホルダ１０とレーザホルダ２０とは、第１嵌合代部１０ｂおよび第２嵌合代部２０ｂの光軸Ｎ方向と交差する端面１０ｃ、２０ｃが、レーザ光による溶融固化によって接合されている。この端面１０ｃ、２０ｃは、光軸Ｎ方向の第１嵌合代部１０ｂおよび第２嵌合代部２０ｂの端部が揃ってなる縁面部を形成している。具体的に、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Ｎ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Ｒ_Aの外側の部分に位置する端面１０ｃ、２０ｃの一部が、レーザ光による溶融固化によって接合されている。ここでいう「拘持面Ｐ₁₀」とは、第１拘持部１０ａがレンズ２と接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎ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が半導体レーザ３と接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎに対して垂直な平面である。このレーザ溶接によって、レンズホルダ１０およびレーザホルダ２０には、互いに溶融した部分が混合して固化してなる溶接部３０が形成される。この際、光学ユニット１において、レンズ２および半導体レーザ３は、各々が、溶接部３０に対して同じ側でレンズホルダ１０およびレーザホルダ２０に拘持されている。すなわち、レンズホルダ１０およびレーザホルダ２０において、レンズ２および半導体レーザ３をそれぞれ拘持して光デバイスに連なっている部分が、溶接部３０を通過し、光軸Ｎと直交する平面に対して同じ側にある。なお、拘持面は、拘持部が光デバイスと接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過するものとして説明したが、光デバイスと接触している部分の光軸Ｎ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。

溶接部３０は、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとに亘り溶融固化してなる。溶接部３０は、図１に示すように、光学ユニット１の周方向に沿って設けられた複数の溶接ビード３０ａからなる。溶接ビード３０ａの形成間隔は、例えばレーザ光のスポット径の半径に相当する。また、溶接部３０は、光軸Ｎ方向の長さを深さ、光軸Ｎ方向と垂直な方向、かつ第１嵌合代部１０ｂ（または第２嵌合代部２０ｂ）の厚さ方向の長さを幅としたとき、第１嵌合代部１０ｂの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁と、第２嵌合代部２０ｂの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₂とが、略同じである。具体的に、溶接深さＤ₁と溶接深さＤ₂とが略同じとは、レーザ光が照射されるレンズホルダ１０の溶接深さＤ₁に対する、レーザホルダ２０の溶接深さＤ₂の比（Ｄ₂／Ｄ₁）が、０．７５≦Ｄ₂／Ｄ₁≦１．２５の関係を満たしていることをいう。例えば、溶接深さＤ₁が０．４ｍｍである場合、溶接深さＤ₂は０．３〜０．５ｍｍとなる。

溶接部３０の各溶接ビード３０ａは、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとの合わせ面Ｐm（図７参照）に対して垂直、かつ光軸Ｎに対して平行な断面（例えば、図２参照）において、合わせ面Ｐmに対して対称となっているであることが好ましい。この際、第１嵌合代部１０ｂの溶接幅ｗ₁と、第２嵌合代部２０ｂの溶接幅ｗ₂とが、略同じである。ここでいう「合わせ面Ｐm」とは、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとが対向することによって形成される空間において、その中央を通過し、かつ光軸Ｎ方向に延びる平面をさす。第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとが接触していれば、合わせ面Ｐmは第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとの接触面を通過することになる。また、ここでいう「略同じ」とは、第１嵌合代部１０ｂの溶接幅と第２嵌合代部２０ｂ溶接幅との差が１００μｍ以下であることをさす。なお、光軸Ｎ方向からみた溶接ビード３０ａが、真円や、楕円等の規則的な形状ではない不規則な形状をなす場合においても、一部が合わせ面Ｐmに対して対称となっていることが好ましい。

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を周回する溶接部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δ₄₁、δ₄₂）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との間の距離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を有する溶接部４１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、レーザホルダ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２および半導体レーザ３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、この溶接幅の関係と、上述した溶接深さの関係とは同じである。以下、溶接幅の関係を溶接深さの関係に置き換えて説明することがある。

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に係る光学ユニットの作製を説明する模式図である。

まず、第１嵌合代部１０ｂの内部に、第２拘持部２０ａ側からレーザホルダ２０を挿入して嵌合させる。その後、レンズ２と光源３ａとの間の距離ｄ₁が、光学条件を満たす距離となるように、レンズホルダ１０に対してレーザホルダ２０を相対移動させてレンズ２と半導体レーザ３との間の光路長を調整する。本発明における光学ユニット１は、例えば、光路の調整代範囲が２０μｍ以上５０μｍ以下の小型の光学ユニットであり、サブミクロン〜数ミクロン単位で光路長が調整されるものである。

その後、レーザヘッド１００を配置して、レンズホルダ１０の端面１０ｃおよびレーザホルダ２０の端面２０ｃからなる縁面部にレーザ光Ｌを照射することにより、レンズホルダ１０の一部、およびレーザホルダ２０の一部を溶融固化させる。この際のレーザ光Ｌ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、かつ光軸Ｎ方向における領域Ｒ_Aの外側に位置している端面１０ｃおよび端面２０ｃに照射される。また、レーザ光Ｌの強度分布、または、レーザヘッド１００の移動によって、各ホルダにおける溶接深さが略同じとなるように、レンズホルダ１０およびレーザホルダ２０を溶融固化させる。この際、レーザ光Ｌは、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３０ａ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３０ａが連なっているものであってもよい。また、溶接部３０は、パルス発振ではなく連続的に出射されるレーザ光により形成される場合、周方向に延びる一つの溶接ビードからなる。

レーザ光Ｌは、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用いることができる。そのほか、ホルダを溶融可能な下限強度におけるビーム径と、ピーク強度におけるビーム径の値が略同じで、ビームの縁から中心に向かってビーム強度が急峻に立ち上がってピーク強度に達するトップハット型の強度分布のレーザ光を用いてもよい。

図７は、レーザ溶接を行った際の各ホルダの収縮について説明する図である。溶接部３０（溶接ビード３０ａ）の形成により、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０とは、それぞれ収縮する（図７中のブロック矢印参照）。本実施の形態１では、領域Ｒ_Aの外側に位置している端面１０ｃおよび端面２０ｃを溶接するようにしたので、収縮によるレンズ２および半導体レーザ３の移動方向が同じとなる。例えば、レンズホルダ１０の溶接による収縮量をδ₁、レーザホルダ２０の収縮量をδ₂とした場合、これら収縮量δ₁、δ₂は、各ホルダの溶接深さＤ₁、Ｄ₂により決まる。この際、溶接深さＤ₁、Ｄ₂が同じである場合は、図５を参照して説明したように、収縮量δ₁、δ₂が同じとなる。

以上説明した本発明の実施の形態１では、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとが重なり合い、かつ第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Ｒ_Aの外側に位置する端面１０ｃ、２０ｃに、レンズホルダ１０における溶接深さＤ₁と、レーザホルダ２０の溶接深さＤ₂とが略同じである溶接部３０を形成して、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０とを接合するようにした。これにより、レーザ溶接した際、各ホルダは同じ収縮量で収縮し、かつレンズ２および半導体レーザ３が同じ側に移動する。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およびレーザホルダ２０を溶接することが可能となる。このように、本実施の形態１によれば、溶接によってホルダ同士を接合した場合であっても、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。

（実施の形態１の変形例１）
図８は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る光学ユニットの要部の構成を模式的に示す断面図である。上述した実施の形態１では、第１嵌合代部１０ｂの厚さｔ₁₀と、第２嵌合代部２０ｂの厚さｔ₂₀とが、同じであるものとして説明したが、厚さが異なる場合もある。本変形例１では、第１嵌合代部１０ｂの厚さｔ₁₀´と、第２嵌合代部２０ｂの厚さｔ₂₀´とが異なる（ｔ₁₀´＞ｔ₂₀´）場合について説明する。

本変形例１では、厚さが異なる第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとに対して、第１嵌合代部１０ｂと第２嵌合代部２０ｂとの重ね部分、かつ上述した領域Ｒ_Aの外側に位置する端面１０ｃ、２０ｃ（縁面部）に溶接部３１を形成してレンズホルダ１０とレーザホルダ２０とを接合する。この溶接部３１は、上述した実施の形態１と同様に、複数の溶接ビード３１ａからなる。この際、溶接部３１において、レンズホルダ１０の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₃と、レーザホルダ２０の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₄とを略同じにすれば、光軸Ｎ方向におけるレンズホルダ１０の収縮量δ₁₁と、光軸Ｎ方向におけるレーザホルダ２０の収縮量δ₂₁とも同じになる。これにより、溶接によって各ホルダが収縮した場合であっても、光デバイスの光路長を維持することができる。

本変形例１においても、実施の形態１と同様に、溶接部３１の各溶接ビード３１ａが、合わせ面Ｐmに対して対称となっていることが好ましい。

（実施の形態１の変形例２）
図９は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る光学ユニットの構成を模式的に示す斜視図である。上述した実施の形態１では、光軸Ｎ方向からみた光学ユニット１の外周のなす形状、すなわちレンズホルダ１０の外周のなす形状が円をなすものとして説明したが、円に限らない。本変形例２では、光軸Ｎ方向からみた光学ユニット１の外周のなす形状、すなわちレンズホルダ１０の外周のなす形状が角丸四角形をなしている。ここでいう「角丸四角形」とは、矩形の角部を弧状とした形状のことをさす。

図９に示す光学ユニット１Ａは、上述したレンズ２（図示せず）と、レンズ２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３ａ（図示せず）を有する第二の光デバイスである半導体レーザ３と、半導体レーザ３を拘持する筒状のレーザホルダ２１とを備えている。本変形例２において、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。

レンズホルダ１１は、レンズ２を拘持する環状の第１拘持部と、第１拘持部の光軸Ｎ方向の端部から半導体レーザ３に向けて光軸Ｎ方向に沿って延在し、レーザホルダ２１と嵌合する筒状の第１嵌合代部と、を有する。レンズホルダ１１は、外周のなす形状が、角丸四角形をなしている。

レーザホルダ２１は、半導体レーザ３を拘持する第２拘持部と、この第２拘持部の光軸Ｎ方向の端部からレンズ２側と反対側に向けて光軸Ｎ方向に延在し、レンズホルダ１１と嵌合する筒状の第２嵌合代部と、を有する。第２拘持部には、例えばレーザ溶接によって半導体レーザ３が固定されている。

光学ユニット１Ａは、レンズホルダ１１とレーザホルダ２１との重ね部分、かつ上述した領域Ｒ_A（例えば、図２参照）の外側に位置する端面に溶接部３２を形成して、レンズホルダ１１とレーザホルダ２１と接合している。溶接部３２は、複数の溶接ビード３２ａからなり、レンズホルダ１１の厚さ方向の中央部の溶接深さと、レーザホルダ２１の厚さ方向の中央部の溶接深さとが略同じである。溶接ビード３２ａは、周方向を四等分する箇所に設けられているが、実施の形態１と同様にして、周方向に互いに重なるように設けてもよい。

本変形例２のように、溶接位置や溶接深さ、溶接幅の条件を満たして溶接することにより、上述した実施の形態１のような光軸Ｎ方向からみた外周のなす形状が円以外であっても、適用することが可能である。

また、本変形例２のように、各ホルダは、光軸Ｎ方向からみた形状が円とは異なる角丸四角形でもよいし、このほか、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。

（実施の形態１の変形例３）
図１０は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図である。本変形例３では、上述したレンズホルダ１０の端面１０ｃ、およびレーザホルダ２０の端面２０ｃのすべてを溶融固化した溶接部３４を形成する。

図１０に示す光学ユニット１Ｂは、上述したレンズ２、レンズホルダ１０、半導体レーザ３、およびレーザホルダ２０を備えている。光学ユニット１Ｂでは、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０との重ね部分、かつ上述した領域Ｒ_Aの外側に位置する端面に溶接部３３を形成して、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０と接合している。

溶接部３３は、複数の溶接ビード３３ａからなり、レンズホルダ１０の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₅と、レーザホルダ２０の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₆とが略同じである。また、各溶接ビード３３ａは、レンズホルダ１０およびレーザホルダ２０の端部において、厚さ方向の全体に亘って設けられている。溶接ビード３３ａは、例えば、各ホルダの嵌合代部の厚さと同じスポット径を有するレーザ光を照射して形成されるか、または、そのスポット径を有するレーザ光の光軸を、光軸Ｎに対して傾斜させて照射することによって形成される。

本変形例３のような、ホルダの嵌合代部の厚さ方向の全体に亘って形成される溶接部を形成する場合において、各ホルダの溶接深さを略同じとすれば、溶接によって各ホルダが収縮した場合であっても、光デバイスの光路長を維持することができる。

（実施の形態１の変形例４）
図１１は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図である。上述した実施の形態１では、第二の光デバイスが半導体レーザ３であるものとして説明したが、本変形例では、第二の光デバイスとしてイメージセンサ４を用いる。本変形例に係る光学ユニット１Ｃは、例えば、被検体内に挿入される挿入部を備えた内視鏡等のスコープ先端に設けられる。

図１１に示す光学ユニット１Ｃは、第一の光デバイスであるレンズ２と、レンズ２を拘持する略筒状のレンズホルダ１２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２２とを備えている。図１１では、レンズホルダ１２の中心軸と、センサホルダ２２の中心軸とは、互いに一致しており、かつ光学ユニット１Ｃの光軸Ｎに一致しているものとして説明する。レンズ２は、外部からの光を受光面４ａで結像させるためのレンズである。本変形例４において、レンズホルダ１２は第一の光デバイス拘持体、センサホルダ２２は第二の光デバイス拘持体に相当する。

レンズホルダ１２は、内周面の径であって、光軸Ｎと直交する方向の径が、センサホルダ２２の外周の径と略同等である。レンズホルダ１２は、レンズ２を拘持する環状の第１拘持部１２ａと、第１拘持部１２ａの光軸Ｎ方向の端部からイメージセンサ４に向けて光軸Ｎ方向に延在し、センサホルダ２２と嵌合する筒状の第１嵌合代部１２ｂと、を有する。第１拘持部１２ａには、例えば半田付け、または接着剤を用いた接着によってレンズ２が固定される。なお、レンズホルダ１２の内周面の径は、センサホルダ２２の外周の径と同じであるが、センサホルダ２２を嵌入することが可能な径であればよい。

センサホルダ２２は、イメージセンサ４を拘持する第２拘持部２２ａと、第２拘持部２２ａの光軸Ｎ方向の端部からレンズ２側とは反対側に向けて光軸Ｎ方向に延在し、レンズホルダ１２と嵌合する筒状の第２嵌合代部２２ｂと、を有する。第２拘持部２２ａには、例えばレーザ溶接によってイメージセンサ４が固定される。センサホルダ２２の外周の径は、レンズホルダ１２の内周の径と同等か、若干小さい。

イメージセンサ４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いて実現される。イメージセンサ４は、受光した観察光を光電変換して電気信号を生成する。

光学ユニット１Ｃにおいて、レンズ２とイメージセンサ４の受光面４ａとの間の距離ｄ₂は、予め設定されている光学条件を満たす距離である。

また、レンズホルダ１２とセンサホルダ２２とは、第１嵌合代部１２ｂおよび第２嵌合代部２２ｂが径方向で重なる部分、かつ、光軸Ｎ方向において第１拘持部１２ａの拘持面Ｐ₁₂および第２拘持部２２ａの拘持面Ｐ₂₂に挟まれる領域Ｒ_B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。ここでいう「拘持面Ｐ₁₂」とは、第１拘持部１２ａがレンズ２と接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎに対して垂直な平面である。また、「拘持面Ｐ₂₂」とは、第２拘持部２２ａがイメージセンサ４と接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎに対して垂直な平面である。このレーザ溶接によって、レンズホルダ１２およびセンサホルダ２２には、互いに溶融した部分が混合して固化してなる溶接部３４が形成される。また、光学ユニット１Ｃにおいて、レンズ２およびイメージセンサ４は、各々が、溶接部３４に対して同じ側でレンズホルダ１２およびセンサホルダ２２に拘持されている。溶接部３４は、上述した溶接部３０と同様に、複数の溶接ビード３４ａからなり、レンズホルダ１２の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₇と、センサホルダ２２の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₈とが、ほぼ同じとなっている。

光学ユニット１Ｃは、上述した光学ユニット１と同様にして作製される。具体的には、第１嵌合代部１２ｂの内部に、第２拘持部２２ａ側からセンサホルダ２２を挿入して嵌合させる。この際、レンズ２と受光面４ａとの間の距離ｄ₂が、光学条件を満たす距離となるように、レンズホルダ１２に対してセンサホルダ２２を相対移動させてレンズ２とイメージセンサ４との間の光路長を調整する。その後、レンズホルダ１２およびセンサホルダ２２の端面であって、上述した領域Ｒ_Bの外側に位置する端面１２ｃ、２２ｃ（縁面部）に対してレーザ光を照射することにより、第１嵌合代部１２ｂの一部、および第２嵌合代部２２ｂの一部を溶融固化させる。

以上説明した本発明の実施の形態１の変形例４では、実施の形態１と同様にして、第１嵌合代部１２ｂと第２嵌合代部２２ｂとが重なり合い、かつ第１拘持部１２ａの拘持面Ｐ₁₂および第２拘持部２２ａの拘持面Ｐ₂₂に挟まれる領域Ｒ_Bの外側に、レンズホルダ１２における溶接深さＤ₇と、センサホルダ２２の溶接深さＤ₈とが略同じである溶接部３４を形成して、レンズホルダ１２とセンサホルダ２２と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１２およびセンサホルダ２２の収縮量、ならびに各ホルダが拘持する光デバイスの移動方向が同じになり、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１２およびセンサホルダ２２を溶接することが可能となる。このように、本実施の形態１の変形例４によれば、溶接によってホルダ同士を接合した場合であっても、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。

なお、上述した変形例４では、第二の光デバイスがイメージセンサ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１２は、本発明の実施の形態２に係る光学ユニットの構成を模式的に示す断面図であって、当該光学ユニットの光軸Ｎを含む平面を切断面とする部分断面図である。本実施の形態２では、光学ユニット１Ｄが、互いに異なるレンズをそれぞれ拘持する二つのレンズホルダを備える。

図１２に示す光学ユニット１Ｄは、光デバイスである二つのレンズ（レンズ２ａ、２ｂ）と、各レンズをそれぞれ拘持する略筒状の二つのレンズホルダ（第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂ）と、上述したイメージセンサ４と、イメージセンサ４を拘持する筒状のセンサホルダ２３とを備えている。図１２では、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂの中心軸と、センサホルダ２３の中心軸とは、互いに一致しており、光学ユニット１Ｄの光軸Ｎに一致しているものとして説明する。なお、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３において、第２レンズホルダ１３Ｂを第一の光デバイス拘持体とした場合、第１レンズホルダ１３Ａおよびセンサホルダ２３が第二の光デバイス拘持体となる。

第１レンズホルダ１３Ａは、レンズ２ａを拘持する環状の第１拘持部１３１ａと、第１拘持部１３１ａの光軸Ｎ方向の端部からイメージセンサ４に向けて光軸Ｎ方向に延在し、第２レンズホルダ１３Ｂと嵌合する第１嵌合代部１３１ｂと、を有する。第１拘持部１３１ａには、例えば半田付け、または接着剤を用いた接着によってレンズ２ａが固定される。

第２レンズホルダ１３Ｂは、レンズ２ｂを拘持する環状の第１拘持部１３２ａと、第１拘持部１３２ａの光軸Ｎ方向の端部からイメージセンサ４に向けて光軸Ｎ方向に延在し、第１レンズホルダ１３Ａおよびセンサホルダ２３とそれぞれ嵌合する第１嵌合代部１３２ｂとを有する。第２レンズホルダ１３Ｂの外周の径は、第１レンズホルダ１３Ａの内周の径とほぼ同等であり、第１レンズホルダ１３Ａを嵌入できる径であればよい。第１拘持部１３２ａには、例えば半田付け、または接着剤を用いた接着によってレンズ２ｂが固定される。

センサホルダ２３は、イメージセンサ４を拘持する環状の第２拘持部２３ａと、第２拘持部２３ａの光軸Ｎ方向の端部からレンズ２ａ側とは反対側に向けて光軸Ｎ方向に延在し、第２レンズホルダ１３Ｂと嵌合する第２嵌合代部２３ｂと、を有する。センサホルダ２３の外周の径は、第２レンズホルダ１３Ｂの内周の径とほぼ同等であり、第２レンズホルダ１３Ｂの内部に嵌入できる径であればよい。第２拘持部２３ａには、例えばレーザ溶接によってイメージセンサ４が固定される。

光学ユニット１Ｄにおいて、第２レンズホルダ１３Ｂは、第１拘持部１３２ａ側から第１レンズホルダ１３Ａの第１嵌合代部１３１ｂに挿入された状態で固定されている。また、センサホルダ２３は、第２拘持部２３ａ側から第２レンズホルダ１３Ｂの第１嵌合代部１３２ｂに挿入された状態で固定されている。

光学ユニット１Ｄにおいて、レンズ２ａとイメージセンサ４の受光面４ａとの間の距離ｄ₂₁、および、レンズ２ｂと受光面４ａとの間の距離ｄ₂₂は、予め設定されている光学条件を満たす距離である。

第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３は、光軸Ｎ方向と直交する方向に沿ってすべてが重なる領域において、レーザ光による溶融固化によって接合されている。具体的に、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３は、第１嵌合代部１３１ｂ、第１嵌合代部１３２ｂおよび第２嵌合代部２３ｂが径方向で重なる部分、かつ、光軸Ｎ方向において第１拘持部１３１ａの拘持面Ｐ_13Aおよび第２拘持部２３ａの拘持面Ｐ₂₃に挟まれる領域Ｒ_B１の外側の部分、および光軸Ｎ方向において第１拘持部１３２ａの拘持面Ｐ_13Bおよび第２拘持部２３ａの拘持面Ｐ₂₃に挟まれる領域Ｒ_B２の外側の部分に位置する端面が、レーザ光による溶融固化によって接合されている。ここでいう「拘持面Ｐ_13A」とは、第１拘持部１３１ａがレンズ２ａと接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎに対して垂直な平面である。また、「拘持面Ｐ_13B」とは、第１拘持部１３２ａがレンズ２ｂと接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎに対して垂直な平面である。また、「拘持面Ｐ₂₃」とは、第２拘持部２３ａがイメージセンサ４と接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎに対して垂直な平面である。このレーザ溶接によって、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３には、互いに溶融した部分が混合して固化してなる溶接部３５が形成される。また、レンズ２ａ、２ｂおよびイメージセンサ４は、各々が、溶接部３５に対して同じ側で第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３にそれぞれ拘持されている。溶接部３５は、複数の溶接ビード３５ａからなり、第１レンズホルダ１３Ａの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₉と、第２レンズホルダ１３Ｂの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₀と、センサホルダ２３の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₁とが、ほぼ同じとなっている。

図１３は、本発明の実施の形態２に係る光学ユニットの作製を説明する部分断面図である。光学ユニット１Ｄを作製する際には、まず、第１嵌合代部１３１ｂの内部に、第１拘持部１３２ａ側から第２レンズホルダ１３Ｂを挿入して嵌合させる。その後、第１嵌合代部１３２ｂの内部に、第２拘持部２３ａ側からセンサホルダ２３を挿入して嵌合させる。この際、レンズ２ａと受光面４ａとの間の距離ｄ₂₁および、レンズ２ｂと受光面４ａとの間の距離ｄ₂₂が、光学条件を満たす距離となるように、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３の各光デバイス間の光路長を調整する。その後、第１レンズホルダ１３Ａの端面１３１ｃ、第２レンズホルダ１３Ｂの端面１３２ｃおよびセンサホルダ２３の端面２３ｃからなる縁面部に対してレーザ光を照射することにより、第１レンズホルダ１３Ａの一部、第２レンズホルダ１３Ｂの一部およびセンサホルダ２３の一部を溶融固化させる。

以上説明した本発明の実施の形態２では、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３のすべてが光軸Ｎ方向と直交する径方向で重なり、かつ光軸Ｎ方向において一端側のデバイスを拘持する拘持部の拘持面と他端側のデバイスを拘持する拘持部の拘持面とに挟まれる領域の外側の部分に位置する端面にレーザ光を照射して、各溶接深さが同じである溶接部３５を形成して、ホルダを接合するようにした。これにより、レーザ溶接した際の、接合対象のホルダ同士の収縮量および移動方向が同じになり、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、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３を溶接することが可能となる。このように、本実施の形態２によれば、溶接によってホルダ同士を接合した場合であっても、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。

（実施の形態２の変形例）
図１４は、本発明の実施の形態２の変形例に係る光学ユニットの構成を模式的に示す部分断面図であって、当該光学ユニットの光軸を含む平面を切断面とする部分断面図である。上述した実施の形態２では、溶接部３５において、一つの溶接ビード３５ａが一括して複数のホルダを接合するものとして説明したが、本変形例に係る溶接部３６は、隣り合うホルダ同士をそれぞれ接合する一組の部分溶接ビードを有する複数の溶接ビード群からなる。

図１４に示す光学ユニット１Ｅは、上述したレンズ２ａ、２ｂ、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂ、イメージセンサ４、センサホルダ２３を備えている。第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３は、実施の形態２と同様、第１嵌合代部１３１ｂ、第１嵌合代部１３２ｂおよび第２嵌合代部２３ｂが径方向で重なる部分、かつ、光軸Ｎ方向において第１拘持部１３１ａの拘持面Ｐ_13Aおよび第２拘持部２３ａの拘持面Ｐ₂₃に挟まれる領域Ｒ_B１の外側の部分、および光軸Ｎ方向において第１拘持部１３２ａの拘持面Ｐ_13Bおよび第２拘持部２３ａの拘持面Ｐ₂₃に挟まれる領域Ｒ_B２の外側の部分に位置する端面が、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、第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３には、互いに溶融した部分が混合して固化してなる溶接部３６が形成される。また、レンズ２ａ、２ｂおよびイメージセンサ４は、各々が、溶接部３６に対して同じ側で第１レンズホルダ１３Ａ、第２レンズホルダ１３Ｂおよびセンサホルダ２３にそれぞれ拘持されている。

溶接部３６は、径方向で隣り合うホルダ同士をそれぞれ接合する一組の部分溶接ビード３６ａ、３６ｂを有する複数の溶接ビード群からなる。溶接部３６は、部分溶接ビード３６ａにおける第１レンズホルダ１３Ａの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₂と、部分溶接ビード３６ａにおける第２レンズホルダ１３Ｂの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₃と、部分溶接ビード３６ｂにおける第２レンズホルダ１３Ｂの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₄と、部分溶接ビード３６ｂにおけるセンサホルダ２３の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₅とが、ほぼ同じとなっている。

本変形例のような、径方向で隣り合うホルダ同士を接合する部分溶接ビードによって接合する構成とした場合においても、各ホルダの溶接深さを略同じとすれば、溶接によって各ホルダが収縮した場合であっても、光デバイスの光路長を維持することができる。

（実施の形態３）
図１５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斜視図である。図１６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部分断面図であって、当該光学ユニットの光軸を含む平面を切断面とする部分断面図である。本実施の形態３では、光学ユニット１Ｆが、互いに異なるレンズをそれぞれ拘持する二つのレンズホルダを備える。

図１５および図１６に示す光学ユニット１Ｆは、第一の光デバイスである二つのレンズ（レンズ２ｃ、２ｄ）と、各レンズを拘持する略筒状のレンズホルダ１４と、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二つのイメージセンサ（イメージセンサ４Ａ、４Ｂ）と、イメージセンサ４Ａ、４Ｂをそれぞれ拘持する筒状の二つのセンサホルダ（第１センサホルダ２４Ａおよび第２センサホルダ２４Ｂ）と、を備えている。本実施の形態３では、レンズホルダ１４が拘持するレンズ２ｃの光軸と、第１センサホルダ２４Ａの受光面４０１の中心を通過する軸とは、互いに一致しており、光学ユニット１Ｆの光軸Ｎ₁に一致しているものとして説明する。また、レンズホルダ１４が拘持するレンズ２ｄの光軸と、第２センサホルダ２４Ｂの受光面４０２の中心を通過する軸とは、互いに一致しており、光学ユニット１Ｆの光軸Ｎ₂に一致しているものとして説明する。光軸Ｎ₁と光軸Ｎ₂とは、平行であるものとして説明する。なお、レンズホルダ１４、第１センサホルダ２４Ａおよび第２センサホルダ２４Ｂにおいて、レンズホルダ１４を第一の光デバイス拘持体とした場合、第１センサホルダ２４Ａおよび第２センサホルダ２４Ｂが第二の光デバイス拘持体となる。

レンズホルダ１４は、レンズ２ｃ、２ｄを拘持する第１拘持部１４ａと、第１拘持部１４ａの光軸Ｎ₁方向（または光軸Ｎ₂方向）の端部からイメージセンサ４Ａ、４Ｂに向けて光軸Ｎ₁方向（または光軸Ｎ₂方向）に延在し、第１センサホルダ２４Ａおよび第２センサホルダ２４Ｂとそれぞれ嵌合する第１嵌合代部１４ｂと、を有する。

第１拘持部１４ａは、レンズ２ｃを拘持する第１レンズ拘持部１４１ａと、レンズ２ｄを拘持する第２レンズ拘持部１４１ｂと、を有する。第１レンズ拘持部１４１ａには、例えば半田付け、または接着剤を用いた接着によってレンズ２ｃが固定される。第２レンズ拘持部１４１ｂには、例えば半田付け、または接着剤を用いた接着によってレンズ２ｄが固定される。

第１嵌合代部１４ｂは、第１センサホルダ２４Ａと嵌合する第１ホルダ嵌合代部１４２ａと、第２センサホルダ２４Ｂと嵌合する第２ホルダ嵌合代部１４２ｂと、を有する。

第１センサホルダ２４Ａは、イメージセンサ４Ａを拘持する環状の第２拘持部２４１ａと、第２拘持部２４１ａの光軸Ｎ₁方向の端部からレンズ２ｃ側とは反対側に向けて光軸Ｎ₁方向に延在し、第１ホルダ嵌合代部１４２ａに嵌入される第２嵌合代部２４１ｂと、を有する。第１センサホルダ２４Ａの外周の径は、レンズホルダ１４の第１ホルダ嵌合代部１４２ａの内周の径とほぼ同等であり、第１ホルダ嵌合代部１４２ａの内部に嵌入できる径であればよい。第２拘持部２４１ａには、例えばレーザ溶接によってイメージセンサ４Ａが固定される。

第２センサホルダ２４Ｂは、イメージセンサ４Ｂを拘持する環状の第２拘持部２４２ａと、第２拘持部２４２ａの光軸Ｎ₂方向の端部からレンズ２ｄ側とは反対側に向けて光軸Ｎ₂方向に延在し、第２ホルダ嵌合代部１４２ｂに嵌入される第２嵌合代部２４２ｂと、を有する。第２センサホルダ２４Ｂの外周の径は、レンズホルダ１４の第２ホルダ嵌合代部１４２ｂの内周の径とほぼ同等であり、第２ホルダ嵌合代部１４２ｂの内部に嵌入できる径であればよい。第２拘持部２４２ａには、例えばレーザ溶接によってイメージセンサ４Ｂが固定される。

光学ユニット１Ｆにおいて、第１センサホルダ２４Ａは、第２拘持部２４１ａ側からレンズホルダ１４の第１ホルダ嵌合代部１４２ａに挿入された状態で固定されている。また、第２センサホルダ２４Ｂは、第２拘持部２４２ａ側からレンズホルダ１４の第２ホルダ嵌合代部１４２ｂに挿入された状態で固定されている。

光学ユニット１Ｆにおいて、レンズ２ｃとイメージセンサ４Ａの受光面４０１との間の距離ｄ₂₃、および、レンズ２ｄとイメージセンサ４Ｂの受光面４０２との間の距離ｄ₂₄は、予め設定されている光学条件を満たす距離である。

レンズホルダ１４、第１センサホルダ２４Ａおよび第２センサホルダ２４Ｂは、光軸（光軸Ｎ₁および光軸Ｎ₂）方向と直交する方向に沿って接合対象のホルダ同士が重なる領域において、レーザ光による溶融固化によって接合されている。

具体的に、レンズホルダ１４と、第１センサホルダ２４Ａとは、第１ホルダ嵌合代部１４２ａおよび第２嵌合代部２４１ｂが径方向で重なる部分、かつ、光軸Ｎ₁方向において第１レンズ拘持部１４１ａの拘持面Ｐ_14Aおよび第２拘持部２４１ａの拘持面Ｐ_24Aに挟まれる領域Ｒ_B３の外側の部分に位置する端面が、レーザ光による溶融固化によって接合されている。また、レンズホルダ１４と、第２センサホルダ２４Ｂとは、第２ホルダ嵌合代部１４２ｂおよび第２嵌合代部２４２ｂが径方向で重なる部分、かつ、光軸Ｎ₂方向において第２レンズ拘持部１４１ｂの拘持面Ｐ_14Bおよび第２拘持部２４２ａの拘持面Ｐ_24Bに挟まれる領域Ｒ_B４の外側の部分に位置する端面が、レーザ光による溶融固化によって接合されている。ここでいう「拘持面Ｐ_14A」とは、第１レンズ拘持部１４１ａがレンズ２ｃ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Ｐ_14B」とは、第２レンズ拘持部１４１ｂがレンズ２ｄと接触している部分の光軸Ｎ₂方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎ₂に対して垂直な平面である。また、「拘持面Ｐ_24A」とは、第２拘持部２４１ａがイメージセンサ４Ａ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。「拘持面Ｐ_24B」とは、第２拘持部２４２ａがイメージセンサ４Ｂと接触している部分の光軸Ｎ₂方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎ₂に対して垂直な平面である。

このレーザ溶接によって、レンズホルダ１４および第１センサホルダ２４Ａには、互いに溶融した部分が混合して固化してなる溶接部３７が形成される。一方で、レンズホルダ１４および第２センサホルダ２４Ｂには、互いに溶融した部分が混合して固化してなる溶接部３８が形成される。また、レンズ２ｃおよびイメージセンサ４Ａは、各々が、溶接部３７に対して同じ側でレンズホルダ１４および第１センサホルダ２４Ａにそれぞれ拘持されている。レンズ２ｄおよびイメージセンサ４Ｂは、各々が、溶接部３８に対して同じ側でレンズホルダ１４および第２センサホルダ２４Ｂにそれぞれ拘持されている。

溶接部３７は、複数の溶接ビード３７ａからなり、レンズホルダ１４の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₆と、第１センサホルダ２４Ａの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₇とが、ほぼ同じとなっている。

溶接部３８は、複数の溶接ビード３８ａからなり、レンズホルダ１４の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₈と、第２センサホルダ２４Ｂの厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₁₉とが、ほぼ同じとなっている。なお、溶接深さＤ₁₆〜溶接深さＤ₁₉が、ほぼ同じであることが好ましい。

図１７は、本発明の実施の形態３に係る光学ユニットの作製を説明する部分断面図である。光学ユニット１Ｆを作製する際には、まず、第１ホルダ嵌合代部１４２ａの内部に、第２拘持部２４１ａ側から第１センサホルダ２４Ａを挿入して嵌合させる。その後、第２ホルダ嵌合代部１４２ｂの内部に、第２拘持部２４２ａ側から第２センサホルダ２４Ｂを挿入して嵌合させる。この際、レンズ２ｃと受光面４０１との間の距離ｄ₂₃および、レンズ２ｄと受光面４０２との間の距離ｄ₂₄が、光学条件を満たす距離となるように、レンズホルダ１４、第１センサホルダ２４Ａおよび第２センサホルダ２４Ｂの各光デバイス間の光路長を調整する。その後、レーザヘッド１００を配置して、レンズホルダ１４の端面１４ｃおよび第１センサホルダ２４Ａの端面２４１ｃからなる縁面部に対してレーザ光Ｌを照射することにより、レンズホルダ１４の一部、および第１センサホルダ２４Ａの一部を溶融固化させる。さらに、レンズホルダ１４の端面１４ｄおよび第２センサホルダ２４Ｂの端面２４２ｃに対してレーザ光Ｌを照射することにより、レンズホルダ１４の一部、および第２センサホルダ２４Ｂの一部を溶融固化させる。

以上説明した本発明の実施の形態３では、レンズホルダ１４、第１センサホルダ２４Ａおよび第２センサホルダ２４Ｂにおいて、接合対象のホルダが光軸方向と直交する径方向で重なり、かつ光軸方向において一端側のデバイスを拘持する拘持部の拘持面と他端側のデバイスを拘持する拘持部の拘持面とに挟まれる領域の外側の部分に位置する端面にレーザ光を照射して、各溶接深さが同じである溶接部３７、３８をそれぞれ形成して、ホルダを接合するようにした。これにより、レーザ溶接した際の、接合対象のホルダ同士の収縮量および移動方向が同じになり、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１４、第１センサホルダ２４Ａおよび第２センサホルダ２４Ｂを溶接することが可能となる。このように、本実施の形態３によれば、溶接によってホルダ同士を接合した場合であっても、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。

（実施の形態４）
図１８は、本発明の実施の形態４に係る光学ユニットの構成を模式的に示す断面図であって、当該光学ユニットの光軸を含む平面を切断面とする部分断面図である。上述した実施の形態１〜３では、レーザホルダまたはセンサホルダが、レンズホルダに嵌入されるものとして説明したが、本実施の形態４では、レンズホルダ１５が、センサホルダ２５に嵌入される。

図１８に示す光学ユニット１Ｇは、第一の光デバイスであるレンズ２ｅと、レンズ２ｅを拘持する略筒状のレンズホルダ１５と、上述したイメージセンサ４と、イメージセンサ４を拘持する筒状のセンサホルダ２５とを備えている。図２０では、レンズホルダ１５の中心軸と、センサホルダ２５の中心軸とは、互いに一致しており、かつ光学ユニット１Ｇの光軸Ｎに一致しているものとして説明する。本実施の形態４において、レンズホルダ１５は第一の光デバイス拘持体、センサホルダ２５は第二の光デバイス拘持体に相当する。

レンズホルダ１５は、レンズ２ｅを拘持する環状の第１拘持部１５ａと、第１拘持部１５ａの光軸Ｎ方向の端部からイメージセンサ４側と反対側に向けて該光軸Ｎ方向に延在し、センサホルダ２５と嵌合する筒状の第１嵌合代部１５ｂと、を有する。第１拘持部１５ａには、例えば半田付け、または接着剤を用いた接着によってレンズ２ｅが固定される。

センサホルダ２５は、内部壁面のなす径であって、光軸Ｎと直交する方向の径が、レンズホルダ１５の外周の径と同等である。センサホルダ２５は、イメージセンサ４を拘持する第２拘持部２５ａと、第２拘持部２５ａの光軸Ｎ方向の端部からレンズ２ｅに向けて光軸Ｎ方向に延在し、レンズホルダ１５と嵌合する筒状の第２嵌合代部２５ｂと、を有する。第２拘持部２５ａには、例えばレーザ溶接によってイメージセンサ４が固定される。なお、第２嵌合代部２５ｂの内部壁面のなす径は、レンズホルダ１５の外周の径と同じであるが、レンズホルダ１５を嵌入することが可能な径であればよい。

光学ユニット１Ｇにおいて、レンズ２ｅとイメージセンサ４の受光面４ａとの間の距離ｄ₂₅は、予め設定されている光学条件を満たす距離である。

また、レンズホルダ１５とセンサホルダ２５とは、第１嵌合代部１５ｂおよび第２嵌合代部２５ｂが径方向で重なる部分、かつ、光軸Ｎ方向において第１拘持部１５ａの拘持面Ｐ₁₅および第２拘持部２５ａの拘持面Ｐ₂₅に挟まれる領域Ｒ_Bの、該光軸Ｎ方向の外側の部分に位置する各端部が揃ってなる縁面部が、レーザ光によって接合されている。ここでいう「拘持面Ｐ₁₅」とは、第１拘持部１５ａがレンズ２ｅと接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎに対して垂直な平面である。また、「拘持面Ｐ₂₅」とは、第２拘持部２５ａがイメージセンサ４と接触している部分の光軸Ｎ方向の中央を通過し、かつ光軸Ｎに対して垂直な平面である。このレーザ溶接によって、レンズホルダ１５およびセンサホルダ２５には、互いに溶融した部分が混合して固化してなる溶接部３０Ａが形成される。また、光学ユニット１Ｇにおいて、レンズ２ｅおよびイメージセンサ４は、各々が、溶接部３０Ａに対して同じ側でレンズホルダ１５およびセンサホルダ２５に拘持されている。溶接部３０Ａは、複数の溶接ビード３０ｂからなり、レンズホルダ１５の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₂₀と、センサホルダ２５の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₂₁とが、ほぼ同じとなっている。

光学ユニット１Ｇを作製する際には、まず、第２嵌合代部２５ｂの内部に、第１拘持部１５ａ側からレンズホルダ１５を挿入する。この際、レンズ２ｅと受光面４ａとの間の距離ｄ₂₅が、光学条件を満たす距離となるように、センサホルダ２５に対するレンズホルダ１５の位置を調整する。その後、センサホルダ２５の外表面における上述した位置に対してレーザ光を照射することにより、レンズホルダ１５の一部、およびセンサホルダ２５の一部を溶融固化させる。本実施の形態４では、溶融したホルダの一部がレンズ２ｅに付着することを防止するために、冷却ガスをセンサホルダ２５内に噴射して、センサホルダ２５の内部側の溶融部分を強制的に固化させたり、イメージセンサ４の受光面４ａを保護するカバー等の保護部材を用いたりすることが好ましい。

以上説明した本発明の実施の形態４では、実施の形態１と同様にして、第１嵌合代部１５ｂと第２嵌合代部２５ｂとが重なり合い、かつ第１拘持部１５ａの拘持面Ｐ₁₅および第２拘持部２５ａの拘持面Ｐ₂₅に挟まれる領域Ｒ_Bの外側に、レンズホルダ１５における溶接深さＤ₂₀と、センサホルダ２５の溶接深さＤ₂₁とが略同じである溶接部３０Ａを形成して、レンズホルダ１５およびセンサホルダ２５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１５およびセンサホルダ２５の収縮量および移動方向が同じになり、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１５およびセンサホルダ２５を溶接することが可能となる。このように、本実施の形態４によれば、溶接によってホルダ同士を接合した場合であっても、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。

また、上述した実施の形態４によれば、レンズホルダ１５をセンサホルダ２５に嵌入することによって、レンズ２ｅと比して小型化し難いイメージセンサ４を拘持するセンサホルダ２５の外周にレンズホルダ１５が配置されない構成となる。この結果、イメージセンサ４のサイズに応じて光学ユニット１Ｇを細径化することが可能となる。

（実施の形態５）
図１９は、本発明の実施の形態５に係る光学ユニットの作製を説明するための部分断面図である。図２０は、本発明の実施の形態５に係る光学ユニットの要部の構成を模式的に示す断面図である。上述した実施の形態１〜４では、溶接対象となる各ホルダの端面が、光軸Ｎ方向と垂直な方向において揃っている状態で溶接を行うものとして説明したが、拘持部による光デバイスの拘持位置によっては、光路長を調整した後の各ホルダの端面が異なる場合がある。

この際、上述したように溶接を行うことによって、収縮による各光デバイスの移動方向を同じにすれば、溶接による光デバイス間の位置ずれを最小限に留めることができる。例えば、溶接深さＤ₂₁が０．１ｍｍ、溶接深さＤ₂₂が０．２ｍｍであり、収縮による光デバイスの移動方向が同じである場合、図５に示すような溶接幅と寸法変化量との関係を用いると、収縮量δ₁₂と収縮量δ₂₂との差は、０．００５ｍｍ以下と試算され、光学特性を満たす範囲内でのずれとすることができる。収縮による各光デバイスの移動方向が互いに反対方向の場合は、光路長は、その差の２倍となってしまうが、収縮による各光デバイスの移動方向が同じである場合は、０．００５ｍｍ以下となり、端面１０ｃおよび端面２０ｃの位置がずれたとしても、光学特性を満たす光学ユニット１を作製することが可能である。この際の端面１０ｃおよび端面２０ｃの位置のずれ量をｄ_Mとしたとき、このずれ量ｄ_Mは、レンズ２と半導体レーザ３の光源３ａとの間の距離ｄ₁と比して小さい値となる。上述したように、光学ユニット１は、２０μｍ以上５０μｍ以下で光路長が調整されるものであり、この場合のずれ量ｄ_Mは、数ミクロン〜数十ミクロンの範囲となる。

図１９は、レンズホルダ１０に対してレーザホルダ２０を相対移動させてレンズ２と半導体レーザ３との間の光路長を調整した状態を示している。図１９では、端面１０ｃを通過し、光軸Ｎ方向と垂直な面Ｐe１と、端面２０ｃを通過し、光軸Ｎ方向と垂直な面Ｐe２とが、ずれている。この状態において溶接すると、各ホルダの溶接深さが異なる溶接部３１が形成される。この溶接部３９は、複数の溶接ビード３９ａからなる。溶接部３９は、レンズホルダ１０の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₂₁と、レーザホルダ２０の厚さ方向の中央部の溶接深さＤ₂₂とが、異なっている。

溶接深さＤ₂₁と溶接深さＤ₂₂とが異なると、レンズホルダ１０の収縮量δ₁₂と、レーザホルダ２０の収縮量δ₂₂とも異なる。これにより、溶接後の光路長が変化する。しかしながら、本実施の形態５では、収縮によるホルダの移動方向が同じであり、面Ｐe１と面Ｐe２との光軸Ｎ方向の距離もミクロンオーダーであることに鑑みて、従来の構成と比して光路長のずれ量は小さく、光学ユニット１として成立する範囲のずれとなる。

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。

また、上述した実施の形態１〜５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１〜５では、第二の光デバイス拘持体が、半導体レーザまたはイメージセンサ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。

また、上述した実施の形態１〜５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Ｎ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Ｎ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Ｎ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。

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〜１Ｇ 光学ユニット
２、２ａ〜２ｅ レンズ
３ 半導体レーザ
４、４Ａ、４Ｂ イメージセンサ
１０、１１、１２、１４、１５ レンズホルダ
１０ａ、１２ａ、１４ａ、１５ａ、１３１ａ、１３２ａ 第１拘持部
１０ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１３１ｂ、１３２ｂ 第１嵌合代部
１３Ａ 第１レンズホルダ
１３Ｂ 第２レンズホルダ
２０、２１ レーザホルダ
２０ａ、２２ａ、２３ａ、２５ａ、２４１ａ、２４２ａ 第２拘持部
２０ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２５ｂ、２４１ｂ、２４２ｂ 第２嵌合代部
２２、２３、２５ センサホルダ
２４Ａ 第１センサホルダ
２４Ｂ 第２センサホルダ
３０、３０Ａ、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９ 溶接部
３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ、３８ａ、３９ａ 溶接ビード
３７ａ、３７ｂ 部分溶接ビード
１４１ａ 第１レンズ拘持部
１４１ｂ 第２レンズ拘持部
１４２ａ 第１ホルダ嵌合代部
１４２ｂ 第２ホルダ嵌合代部

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、
   前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部とを嵌合し、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で溶接して固定された光学ユニットにおいて、
   前記光学ユニット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、前記光学ユニット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の外部に位置し、かつ前記重ね部分における前記光軸方向の前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部との端部が略揃ってなる縁面部に、前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部とに亘り溶融固化した溶接部、
   を有することを特徴とする光学ユニット。
2. 前記溶接部は、前記光軸方向と垂直な方向において、前記第一の嵌合代部の第一の溶接深さと前記第二の嵌合代部の第二の溶接深さとが、略同じに形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記第一の溶接深さに対する前記第二の溶接深さの比が、０．７５以上１．２５以下である
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
4. 前記溶接部は、前記光軸方向において、前記第一の嵌合代部の第一の溶接幅と前記第二の嵌合代部の第二の溶接幅とが、略同じに形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
5. 前記溶接部は、複数の溶接ビードから形成され、
   前記溶接ビードは、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を通過する合わせ面に対して垂直、かつ前記光軸に対して平行な断面において、前記合わせ面に対して少なくとも一部が対称である
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。

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