JP7033001B2 - 光学ユニット - Google Patents

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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固定されている（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２５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、レンズ２０１と半導体レーザ２０３との相対的な位置を決めた後、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位置となるように、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。この際の光学条件は、光学ユニット２００が所望の光学特性を満たすための条件である。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２５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、光学条件を満たすよう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、設定される光学条件を満たさなくなり、その結果、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され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され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、前記第二の嵌合代部は、前記第二の拘持部から延設された延設部と、前記延設部の端部から反転して折り返し延伸する反転延伸部とからなり、前記第一の拘持部を通過する前記光学ユニットの光軸と垂直な面である第一面と、前記端部を通過する前記光軸と垂直な面である第二面とに挟まれる領域外の前記重ね部分で、前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部の前記反転延伸部とに亘り溶融固化した溶接部を有し、前記溶接部は、前記光学ユニットの光軸方向において、前記第一の嵌合代部の第一の溶接幅と、前記反転延伸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、前記第一の溶接幅に対する前記第二の溶接幅の比が、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、前記第二の拘持部と前記反転延伸部との間には、隙間が形成されてい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断面図である。 図２は、図１の領域Ｒを拡大した図である。 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の変形例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９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１０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作製を説明する模式図である。 図１１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模式図である。 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断面図である。 図１５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作製を説明する模式図である。 図１６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作製を説明する模式図である。 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模式図である。 図１８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模式図である。 図１９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模式図である。 図２０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模式図である。 図２１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模式図である。 図２２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模式図である。 図２３は、本発明の実施の形態の他の例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２４は、本発明の実施の形態に係る光学ユニットにおいて、レーザ溶接により形成される溶接部の他の例を説明する模式図である。 図２５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部分断面図であり、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。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、第一のレーザホルダ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Ｎ1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を経由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一拘持部１０ａと、第一拘持部１０ａの光軸Ｎ1方向の端部から半導体レーザ３に向けて光軸Ｎ1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一嵌合代部１０ｂと、を有する。第一拘持部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、第一嵌合代部１０ｂの内周面のなす径は、レーザホルダ２０の最外周の外周面のなす径と同じであるが、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、レンズホルダ１０の内部に配置され、レンズ２側を反転して折り返してなる二重の筒状構造をなす。レーザホルダ２０は、光軸Ｎ1方向に沿って延在し、半導体レーザ３を拘持する第二拘持部２０ａと、光軸Ｎ1方向に沿って延在し、レンズホルダ１０と嵌合する筒状の第二嵌合代部２０ｂとを有する。第二嵌合代部２０ｂは、第二拘持部２０ａから延設される延設部２０ｃと、延設部２０ｃの端部から反転して折り返し延伸する反転延伸部２０ｄとを有する。第二拘持部２０ａは、レーザホルダ２０の内部側に位置している。反転延伸部２０ｄは、レーザホルダ２０の外部側に位置している。第二拘持部２０ａと反転延伸部２０ｄとの間には、隙間２０ｅが形成される。第二拘持部２０ａには、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によって半導体レーザ３が固定される。
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 ButadieneStyrene：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、第一嵌合代部１０ｂおよび反転延伸部２０ｄの表面粗さを小さくしてもよい。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。
また、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０とは、第一嵌合代部１０ｂおよび第二嵌合代部２０ｂ（反転延伸部２０ｄ）が径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ1方向において第一拘持部１０ａがレンズ２を拘持する位置を通過する第一面Ｐ10、およびレーザホルダ２０の折り返し部分を通過する第二面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。ここでいう「第一面Ｐ10」とは、第一拘持部１０ａがレンズ２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、「第二面Ｐ20」とは、レーザホルダ２０の折り返し部分（延設部２０ｃの端部）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。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硬化してなる溶接部３０が形成される。なお、各面は、光軸Ｎ1の方向の中央を通過するものとして説明したが、例えば、第一拘持部１０ａにおける、光デバイスと接触している部分の光軸Ｎ1の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、図１に示す光学ユニット１の溶接部３０を含む領域Ｒを拡大した図である。上述したように、第一嵌合代部１０ｂの一部と反転延伸部２０ｄ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。各嵌合代部の光軸Ｎ1方向と直交する径方向の長さを厚さ、光軸Ｎ1方向の長さを幅としたとき、溶接部３０は、第一嵌合代部１０ｂの厚さ方向の中央部の溶接幅ｗ1と、反転延伸部２０ｄの厚さ方向の中央部の溶接幅ｗ2とが、略同じである。
具体的に、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るレンズホルダ１０の溶接幅ｗ1に対する、レーザホルダ２０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。この範囲において、例えば、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、光軸Ｎ10を回転軸として測定用部材４０を回転させるか、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。
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、レンズホルダ１０にレンズ２を固定し、レーザホルダ２０に半導体レーザを固定する。その後、レーザホルダ２０を、レンズホルダ１０の内部に挿入して、第一嵌合代部１０ｂと第二嵌合代部２０ｂ（反転延伸部２０ｄ）を嵌合させる。その際、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。
その後、レーザヘッド１００を配置して、レンズホルダ１０の外表面にレーザ光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の照射位置は、第一嵌合代部１０ｂと第二嵌合代部２０ｂ（反転延伸部２０ｄ）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の外側に位置している。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、レンズホルダ１０からレーザホルダ２０にかけて均一な溶接幅となるように、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。
また、レーザ光Ｌによりレンズホルダ１０とレーザホルダ２０の厚さ方向を溶融固化させる際に、反転延伸部２０ｄと第二拘持部２０ａとの間に隙間２０ｅが形成されているため、レーザホルダ２０の第二拘持部２０ａが溶融しないようになっている。この隙間２０ｅの大きさは、レーザ光Ｌの強度や強度分布などに基づいて設定される。
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７は、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、ホルダを溶融可能な下限強度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ＩP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レーザ溶接を行う。これにより、照射領域の単位面積当たりの蓄積エネルギーが略均一なレーザ光がホルダに照射される。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。
以上説明した本発明の実施の形態１では、第一嵌合代部１０ｂと第二嵌合代部２０ｂ（反転延伸部２０ｄ）とが重なり合い、かつ第一面Ｐ10および第二面Ｐ20に挟まれる領域ＲAの外側に、レンズホルダ１０における溶接幅ｗ1と、レーザホルダ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が収縮により同じ側に移動する。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構成を模式的に示す断面図である。図８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。上述した実施の形態１では、レーザホルダ２０が一つの部材からなるものとして説明したが、本変形例１では、レーザホルダ２０Ａが二つの部材からなる。本変形例１に係る光学ユニット１Ａ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。
図８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２０Ａと、を備えている。以下、上述した実施の形態１とは構成が異なるレーザホルダ２０Ａについて説明する。
図８では、レンズホルダ１０の中心軸と、レーザホルダ２０Ａ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Ｎ1に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３ａが出射した光を、レンズ２を経由して外部に出射する。本変形例１において、レーザホルダ２０Ａは第二の光デバイス拘持体に相当する。
レーザホルダ２０Ａは、レンズホルダ１０の内部に配置され、レンズ２側を反転して折り返してなる二重の筒状構造をなす。レーザホルダ２０Ａは、光軸Ｎ1方向に沿って延在し、半導体レーザ３を拘持する第二拘持部５１と、レンズホルダ１０と嵌合する筒状の第二嵌合代部５２とを有する。
第二拘持部５１は、光軸Ｎ1方向に延在し、半導体レーザ３を拘持するとともに、第二嵌合代部５２と嵌合する。第二拘持部５１には、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によって半導体レーザ３が固定される。
第二嵌合代部５２は、第二拘持部５１を拘持することによって、第二拘持部５１から延設する延設部５２ａと、延設部５２ａの端部から反転して折り返し延伸し、レンズホルダ１０と嵌合する筒状の反転延伸部５２ｂと、を有する。
また、延設部５２ａの内周面のなす径は、第二拘持部５１の外周面のなす径と同じであるが、第二嵌合代部５２が嵌入可能な径であればよい。また、延設部５２ａの内周面と第二拘持部５１の外周面とは、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、または溶接によって固定され、接合面となる中間拘持部５３を形成する。なお、第二拘持部５１の外周面のなす径は、反転延伸部５２ｂの内周面のなす径よりも小さい。これにより、第二拘持部５１の外周面と反転延伸部５２ｂの内周面との間には、隙間５４が形成される。
第二拘持部５１および第二嵌合代部５２は、レーザ光によって溶融固化した際に、レンズホルダ１０と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、上述した、ステンレス鋼、鉄鋼材料、インバー材、樹脂が挙げられる。また、光学ユニット１Ａの作製において、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０Ａとを嵌合させるときに、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０Ａとの位置調整を容易に行えるように、第二嵌合代部５２ｂの表面粗さを小さくしてもよい。
また、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０Ａとは、第一嵌合代部１０ｂおよび反転延伸部５２ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ1方向において第一拘持部１０ａを通過する第一面Ｐ10と、レーザホルダ２０Ａの折り返し部分を通過する第二面Ｐ20とに挟まれる領域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。また、本変形例における「第二面Ｐ20」とは、第二嵌合代部５２が第二拘持部５１と嵌合している部分（延設部５２ａの端部）、すなわち中間拘持部５３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。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２０Ａ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。
次に、上述した光学ユニット１Ａを作製する方法について、図９および図１０を参照して説明する。図９および図１０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作製を説明する模式図である。
まず、第二嵌合代部５２の内部に、半導体レーザ３が固定された第二拘持部５１を挿入して、第二拘持部５１と延設部５２ａとを嵌合させ、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、または溶接によって、第二拘持部５１が第二嵌合代部５２における任意の位置に固定される（図９参照）。これにより、レーザホルダ２０Ａが形成される。
次に、レンズホルダ１０の内部に、第二拘持部５１が固定された第二嵌合代部５２を挿入して、第一嵌合代部１０ｂと反転延伸部５２ｂとを嵌合させる。その際、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２０Ａ（第二嵌合代部５２）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。
その後、レーザヘッド１００を配置して、レンズホルダ１０の外表面にレーザ光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２０Ａの一部を溶融固化させる（図１０参照）。この際のレーザ光Ｌの照射位置は、第一嵌合代部１０ｂと反転延伸部５２ｂ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の外側に位置している。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、レンズホルダ１０からレーザホルダ２０Ａにかけて均一な溶接幅となるように、レンズホルダ１０およびレーザホルダ２０Ａを溶融固化させる。この際、第二拘持部５１と反転延伸部５２ｂとの間に隙間５４が形成されているため、第二拘持部５１の溶融を防ぐことができる。レーザ溶接によって溶接部３０が形成され、レンズホルダ１０とレーザホルダ２０Ａとが接合される。
以上説明した本変形例１では、第一嵌合代部１０ｂと反転延伸部５２ｂとが重なり合い、かつ第一面Ｐ10および第二面Ｐ20に挟まれる領域ＲAの外側に、レンズホルダ１０における溶接幅と、レーザホルダ２０Ａ（第二嵌合代部５２）における溶接幅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２０Ａ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が収縮により同じ側に移動する。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２０Ａを溶接することが可能となる。このように、本変形例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２）
図１１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断面図である。図１１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。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２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２に係る光学ユニット１Ｂ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。
図１１に示す光学ユニット１Ｂは、第一の光デバイスとしてのレンズ２と、レンズ２を拘持する略筒状のレンズホルダ１１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２１とを備えている。
ここで、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。
図１１では、レンズホルダ１１の中心軸と、センサホルダ２１の中心軸と、第二のセンサホルダ６０の中心軸は、互いに一致しており、かつ光学ユニット１Ａの光軸Ｎ2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２において、レンズホルダ１１は第一の光デバイス拘持体、第一のセンサホルダ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一拘持部１１ａと、第一拘持部１１ａの光軸Ｎ2方向の端部からイメージセンサ４に向けて光軸Ｎ2方向に沿って延在し、センサホルダ２１と嵌合する筒状の第一嵌合代部１１ｂと、を有する。第一拘持部１１ａ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、第一嵌合代部１１ｂの内周面のなす径は、センサホルダ２１の最外周の外周面のなす径と同じであるが、センサホルダ２１が嵌入可能な径であればよい。
センサホルダ２１は、レンズホルダ１１の内部に配置され、レンズ２側を反転して折り返してなる二重の筒状構造をなす。センサホルダ２１は、光軸Ｎ2方向に沿って延在し、イメージセンサ４を拘持する第二拘持部２１ａと、光軸Ｎ2方向に沿って延在し、レンズホルダ１１と嵌合する筒状の第二嵌合代部２１ｂとを有する。第二嵌合代部２１ｂは、第二拘持部２１ａから延設される延設部２１ｃと、延設部２１ｃの端部から反転して折り返し延伸する反転延伸部２１ｄとを有する。第二拘持部２１ａは、センサホルダ２１の内部側に位置している。反転延伸部２１ｂは、センサホルダ２１の外部側に位置している。第二拘持部２１ａと反転延伸部２１ｂとの間には、隙間２１ｅが形成される。第二拘持部２１ａには、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によってイメージセンサ４が固定される。
また、レンズホルダ１１とセンサホルダ２１とは、第一嵌合代部１１ｂおよび第二嵌合代部２１ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ2方向において第一拘持部１１ａを通過する第一面Ｐ11、およびセンサホルダ２１の折り返し部分を通過する第二面Ｐ21に挟まれる領域ＲB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「第一面Ｐ11」とは、第一拘持部１１ａがレンズ２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、「第二面Ｐ21」とは、延設部２１ｃの端部における光軸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１１およびセンサホルダ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部３１が形成される。なお、各面は、光軸Ｎ2方向の中央を通過するものとして説明したが、例えば、第一拘持部１１ａにおける、光デバイスと接触している部分の光軸Ｎ2の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。
また、溶接部３１は上述した溶接部３０と同様に、レンズホルダ１１の厚さ方向の中央部の溶接幅と、センサホルダ２１（反転延伸部２１ｄ）の厚さ方向の中央部の溶接幅とが、ほぼ同じとなっている。
光学ユニット１Ｂ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、イメージセンサ４を内部に固定したセンサホルダ２１を、レンズホルダ１１の内部に挿入して、第一嵌合代部１１ｂと第二嵌合代部２１ｂとを嵌合させる。その際、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１１に対してセンサホルダ２１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１１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、第一嵌合代部１１ｂの一部、および反転延伸部２１ｄの一部を溶融固化させる。この際、第二拘持部２１ａと反転延伸部２１ｄとの間に隙間２１ｅが形成されているため、第二拘持部２１ａの溶融を防ぐことができる。レーザ溶接によって溶接部３１が形成され、レンズホルダ１１とレーザホルダ２１とが接合される。
以上説明した本変形例２では、実施の形態１と同様にして、第一嵌合代部１１ｂと第二嵌合代部２１ｂとが重なり合い、かつ第一面Ｐ11および第二面Ｐ21に挟まれる領域ＲBの外側に、レンズホルダ１１における溶接幅と、センサホルダ２１（反転延伸部２１ｄ）における溶接幅とが略同じである溶接部３１を形成して、レンズホルダ１１とセンサホルダ２１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１１およびセンサホルダ２１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１１およびセンサホルダ２１を溶接することが可能となる。このように、本変形例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。
なお、上述した変形例２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。
また、本変形例２において、上述した変形例１のように、センサホルダ２１を二つの部材によって構成するようにしてもよい。
（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る。図１２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。上述した実施の形態１では、レーザホルダ２０がレンズホルダ１０の内部に収容される構成を説明したが、本実施の形態２では、レンズホルダ１２がレーザホルダ２２を内部に収容する構成である。
図１２に示す光学ユニット１Ｃは、レンズ２と、半導体レーザ３と、レンズ２を拘持する筒状のレンズホルダ１２と、半導体レーザ３を拘持する略筒状のレーザホルダ２２とを備えている。
図１２では、レーザホルダ２２の中心軸と、レンズホルダ１２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Ｎ1に一致しているものとして説明する。本実施の形態２において、レーザホルダ２２は第一の光デバイス拘持体、レンズホルダ１２は第二の光デバイス拘持体に相当する。また、本実施の形態２では、半導体レーザ３は第一の光デバイス、レンズ２は第二の光デバイスに相当する。
レーザホルダ２２は、半導体レーザ３を拘持する環状の第一拘持部２２ａと、第一拘持部２２ａの光軸Ｎ1方向の端部からレンズ２に向けて光軸Ｎ1方向に沿って延在し、レンズホルダ２２と嵌合する筒状の第一嵌合代部２２ｂと、を有する。第一拘持部２２ａには、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によって半導体レーザ３が固定される。
なお、第一嵌合代部２２ｂの内部壁面のなす径は、レンズホルダ１２の外周の径と同じであるが、レンズホルダ１２が嵌入可能な径であればよい。
レンズホルダ１２は、レーザホルダ２２の内部に配置され、半導体レーザ３側を反転して折り返してなる二重の筒状構造をなす。レンズホルダ１２は、レンズ２を拘持する第二拘持部１２ａと、光軸Ｎ1方向に沿って延在し、レーザホルダ２２と嵌合する筒状の第二嵌合代部１２ｂとを有する。第二嵌合代部１２ｂは、第二拘持部１２ａから延設される延設部１２ｃと、延設部１２ｃの端部から反転して折り返し延伸する反転延伸部１２ｄとを有する。第二拘持部１２ａは、レンズホルダ１２の内部側に位置している。第二嵌合代部１２ｂは、レンズホルダ１２の外部側に位置している。第二拘持部１２ａと反転延伸部１２ｄとの間には、隙間１２ｅが形成される。第二拘持部１２ａには、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によってレンズ２が固定される。
光学ユニット１Ｃ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。
また、レンズホルダ１２とレーザホルダ２２とは、第二嵌合代部１２ｂおよび第一嵌合代部２２ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ1方向において第一拘持部２２ａを通過する第一面Ｐ22、およびレンズホルダ１２の折り返し部分を通過する第二面Ｐ12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。ここでいう「第一面Ｐ22」とは、第一拘持部２２ａが半導体レーザ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、第二面Ｐ12」とは、延設部１２ｃの端部における光軸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。このレーザ溶接によって、レーザホルダ２２およびレンズホルダ１２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３２が形成される。なお、各面は、光軸Ｎ1の方向の中央を通過するものとして説明したが、例えば、第二拘持部２２ａにおける、光デバイスと接触している部分の光軸Ｎ1の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。
次に、上述した光学ユニット１Ｃを作製する方法について、図１３を参照して説明する。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模式図である。
まず、レンズホルダ１２にレンズ２を固定し、レーザホルダ２２に半導体レーザを固定する。その後、レンズホルダ１２を、レーザホルダ２２の内部に挿入して、第一嵌合代部２２ｂと第二嵌合代部１２ｂとを嵌合させる。その際、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、レーザホルダ２０に対してレンズホルダ１２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。
その後、レーザヘッド１００を配置して、レーザホルダ２２の外表面にレーザ光Ｌを照射することにより、レーザホルダ２２の一部、およびレンズホルダ１２の一部を溶融固化させる。この際のレーザ光Ｌの照射位置は、第一嵌合代部２２ｂと反転延伸部１２ｄ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の外側に位置している。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、レーザホルダ２２からレンズホルダ１２にかけて均一な溶接幅となるように、レーザホルダ２２およびレンズホルダ１２を溶融固化させる。このレーザ溶接によって、レンズホルダ１２およびレーザホルダ２２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３２が形成される。
また、レーザ光Ｌによりレンズホルダ１２とレーザホルダ２２の厚さ方向を溶融固化させる際に、第二拘持部１２ａと反転延伸部１２ｄとの間に隙間１２ｅが形成されているため、レンズホルダ１２の第二拘持部１２ａが溶融しないようになっている。この隙間１２ｅの大きさは、レーザ光Ｌの強度や強度分布などに基づいて設定される。
以上説明した本発明の実施の形態２は、第一嵌合代部２２ｂと第二嵌合代部１２ｂとが重なり合い、かつ第一面Ｐ12および第二面Ｐ22に挟まれる領域ＲAの外側に、レンズホルダ１２における溶接幅と、レーザホルダ２２の溶接幅とが略同じである溶接部３２を形成して、レンズホルダ１２とレーザホルダ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、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が収縮により同じ側に移動する。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１２およびレーザホルダ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断面図である。図１４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。上述した実施の形態２では、レンズホルダ１２が一つの部材からなるものとして説明したが、本変形例では、レンズホルダ２２が二つの部材からなる。
図１４に示す光学ユニット１Ｄは、レンズ２と、半導体レーザ３と、レンズ２を拘持する略筒状のレンズホルダ１２Ａと、半導体レーザ３を拘持する筒状のレーザホルダ２２と、を備えている。以下、上述した実施の形態２とは構成が異なるレンズホルダ１２Ａについて説明する。
図１４では、レンズホルダ１２Ａの中心軸と、レーザホルダ２２の中心軸とは、互いに一致しており、かつ光学ユニット１Ｄの光軸Ｎ1に一致しているものとして説明する。光学ユニット１Ｄは、光源３ａが出射した光を、レンズ２を経由して外部に出射する。本変形例において、レンズホルダ１２Ａは第二の光デバイス拘持体に相当する。
レンズホルダ１２Ａは、レーザホルダ２２の内部に配置され、半導体レーザ３側を反転して折り返してなる二重の筒状構造をなす。レンズホルダ１２Ａは、光軸Ｎ1方向に沿って延在し、レンズ２を拘持する第二拘持部６１と、レーザホルダ２２と嵌合する筒状の第二嵌合代部６２とを有する。
第二拘持部６１は、光軸Ｎ1方向に延在し、レンズ２を拘持するとともに、第二嵌合代部６２と嵌合する。第二拘持部６１には、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によってレンズ２が固定される。
第二嵌合代部６２は、第二拘持部６１を拘持することによって、第二拘持部６１から延設する延設部６２ａと、延設部６２ａの端部から反転して折り返し延伸し、レーザホルダ２２と嵌合する筒状の反転延伸部６２ｂと、を有する。
また、延設部６２ａの内周面のなす径は、第二拘持部６１の外周面のなす径と同じであるが、第二拘持部６１が嵌入可能な径であればよい。また、延設部６２ａの内周面と第二拘持部６１の外周面とは、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、または溶接によって固定され、接合面となる中間拘持部６３を形成する。なお、第二拘持部６１の外周面のなす径は、反転延伸部６２ｂの内周面のなす径よりも小さい。これにより、第二拘持部６１ａの外周面と反転延伸部６２ｂの内周面との間には、隙間６４が形成される。
第二拘持部６１および第二嵌合代部６２は、レーザ光によって溶融固化した際に、レーザホルダ２２と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、上述した、ステンレス鋼、鉄鋼材料、インバー材、樹脂が挙げられる。また、光学ユニット１Ｄの作製において、レンズホルダ１２Ａとレーザホルダ２２とを嵌合させるときに、レンズホルダ１２Ａとレーザホルダ２２との位置調整を容易に行えるように、第二嵌合代部６２ｂの表面粗さを小さくしてもよい。
また、レンズホルダ１２Ａとレーザホルダ２２とは、第一嵌合代部２２ｂおよび反転延伸部６２ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ1方向において第一拘持部２２ａを通過する第一面Ｐ12と、レーザホルダ２２の折り返し部分を通過する第二面Ｐ22とに挟まれる領域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。また、本変形例における「第二面Ｐ22」とは、第二嵌合代部６２が第二拘持部６１と嵌合している部分（延設部６２ａの端部）、すなわち中間拘持部６３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。このレーザ溶接によって、レンズホルダ１２Ａおよびレーザホルダ２２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。
次に、上述した光学ユニット１Ｄを作製する方法について、図１５および図１６を参照して説明する。図１５および図１６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作製を説明する模式図である。
まず、第二嵌合代部６２の内部に、レンズ２が固定された第二拘持部６１を挿入して、第二拘持部６１と延設部６２ａとを嵌合させ、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、または溶接によって、第二拘持部６１が第二嵌合代部６２における任意の位置に固定される（図１５参照）。これにより、レンズホルダ１２Ａが形成される。
次に、レーザホルダ２２の内部に、第拘持部６１が固定された第二嵌合代部６２を挿入して、第一嵌合代部２２ｂと反転延伸部６２ｂを嵌合させる。その際、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、レーザホルダ２２に対してレンズホルダ１２Ａ（第二嵌合代部６２）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。
その後、レーザヘッド１００を配置して、レーザホルダ２２の外表面にレーザ光Ｌを照射することにより、レンズホルダ１２Ａの一部、およびレーザホルダ２２の一部を溶融固化させる（図１６参照）。この際のレーザ光Ｌの照射位置は、第一嵌合代部２２ｂと反転延伸部６２ｂ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の外側に位置している。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、レンズホルダ１２Ａからレーザホルダ２２にかけて均一な溶接幅となるように、レンズホルダ１２Ａおよびレーザホルダ２２を溶融固化させる。この際、第二拘持部６１と反転延伸部６２ｂとの間に隙間５４が形成されているため、第二拘持部６１の溶融を防ぐことができる。レーザ溶接によって溶接部３２が形成され、レンズホルダ１２Ａとレーザホルダ２２とが接合される。
以上説明した本変形例では、第一嵌合代部２２ｂと反転延伸部６２ｂとが重なり合い、かつ第一面Ｐ12および第二面Ｐ22に挟まれる領域ＲAの外側に、レンズホルダ１２Ａ（第二嵌合代部６２）における溶接幅と、レーザホルダ２２における溶接幅とが略同じである溶接部３２を形成して、レンズホルダ１２Ａとレーザホルダ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、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が収縮により同じ側に移動する。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１２Ａおよびレーザホルダ２２を溶接することが可能となる。このように、本変形例によれば、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３）
図１７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１７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。上述した実施の形態１では、レーザホルダ２０が内部にレンズホルダ１０に収容される構成を説明したが、本実施の形態３は、第一のレンズホルダに、複数のレンズホルダと、レーザホルダとが収容される構成である。
図１７に示す光学ユニット１Ｅは、レンズ２ａと、レンズ２ｂ、レンズ２ｃ、レンズ２ｄおよびイメージセンサ４からなる複数の光デバイスとを備えている。レンズ２ａは、第一の光デバイスに相当する。また、レンズ２ｂ、レンズ２ｃ、レンズ２ｄおよびイメージセンサ４は、各々が第二の光デバイスに相当する。イメージセンサ４は、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光デバイスである。
また、光学ユニット１Ｅは、レンズ２ａを拘持する第一のレンズホルダ１３と、レンズ２ｂおよびレンズ２ｃを拘持するとともに、第一のレンズホルダ１３に収容される第二のレンズホルダ７１と、レンズ２ｄを拘持するとともに、第一のレンズホルダ１３に収容される第三のレンズホルダ７２と、イメージセンサ４を拘持するとともに、第一のレンズホルダ１３に収容されるセンサホルダ７３とを備えている。
図１７では、第一のレンズホルダ１３の中心軸と、第二のレンズホルダ７１の中心軸と、第三のレンズホルダ７２の中心軸と、センサホルダ７３の中心軸とは、互いに一致しており、かつ光学ユニット１Ｅの光軸Ｎ2に一致しているものとして説明する。本実施の形態３において、第一のレンズホルダ１３は第一の光デバイス拘持体、第二のレンズホルダ７１、第三のレンズホルダ７２、センサホルダ７３が第二の光デバイス拘持体に相当する。
第一のレンズホルダ１３は、レンズ２ａを拘持する環状の第一拘持部１３ａと、第一拘持部１３ａの光軸Ｎ2方向の端部からイメージセンサ４に向けて光軸Ｎ2方向に沿って延在し、第二のレンズホルダ７１と第三のレンズホルダ７２とセンサホルダ７３とに嵌合する筒状の第一嵌合代部１３ｂと、を有する。第一拘持部１３ａには、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、によってレンズ２ａが固定される。
なお、第一嵌合代部１３ｂの内周面のなす径は、第二のレンズホルダ７１、第三のレンズホルダ７２およびセンサホルダ７３の外周面のなす径と同じであるが、夫々のホルダが嵌入可能な径であればよい。
第二のレンズホルダ７１は、レンズホルダ１３の内部に配置され、レンズ２ａ側を反転して折り返してなる二重の筒状構造をなす。第二のレンズホルダ７１は、レンズ２ｂとレンズ２ｃを拘持する第二拘持部７１ａと、光軸Ｎ2方向に沿って延在し、第一のレンズホルダ１３と嵌合する筒状の第二嵌合代部７１ｂとを有する。第二嵌合代部７１ｂは、第二拘持部７１ａから延設される延設部７１ｃと、延設部７１ｃの端部から反転して折り返し延伸する反転延伸部７１ｄとを有する。第二拘持部７１ａは、第二のレンズホルダ７１の内部側に位置している。第二嵌合代部７１ｂは、第二のレンズホルダ７１の外部側に位置している。第二拘持部７１ａと反転延伸部７１ｄとの間には、隙間７１ｅが形成される。第二拘持部７１ａには、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によってレンズ２ｂ、２ｃが固定される。
同様に、第三のレンズホルダ７２は、レンズ２ｄを拘持する第二拘持部７２ａと、光軸Ｎ2方向に沿って延在し、第一のレンズホルダ１３と嵌合する筒状の第二嵌合代部７２ｂとを有する。第二嵌合代部７２ｂは、第二拘持部７２ａから延設される延設部７２ｃと、延設部７２ｃの端部から反転して折り返し延伸する反転延伸部７２ｄとを有する。第二拘持部７２ａは、第三のレンズホルダ７２の内部側に位置している。第二嵌合代部７２ｂは、第三のレンズホルダ７２の外部側に位置している。第二拘持部７２ａと反転円ｓン部７２ｄとの間には、隙間７２ｅが形成される。第二拘持部７２ａには、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によってレンズ２ｄが固定される。
さらに、センサホルダ７３は、イメージセンサ４を拘持する第二拘持部７３ａと、光軸Ｎ2方向に沿って延在し、第一のレンズホルダ１３と嵌合する筒状の第二嵌合代部７３ｂとを有する。第二嵌合代部７３ｂは、第二拘持部７３ａから延設される延設部７３ｃと、延設部７３ｃの端部から反転して折り返し延伸する反転延伸部７３ｄとを有する。第二拘持部７３ａは、センサホルダ７３の内部側に位置している。第二嵌合代部７３ｂは、センサホルダ７３の外部側に位置している。第二拘持部７３ａと反転延伸部７３ｄとの間には、隙間７３ｅが形成される。第二拘持部７３ａには、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、溶接、または圧入によってイメージセンサ４が固定される。
光学ユニット１Ｃにおいて、レンズ２ａとレンズ２ｂ、レンズ２ｃや、レンズ２ａとレンズ２ｄや、レンズ２ａとイメージセンサ４との間の距離は、予め設定されている光学条件を満たす距離となっている。
また、第一のレンズホルダ１３と第二のレンズホルダ７１とは、第一嵌合代部１３ｂおよび第二嵌合代部７１ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ2方向において第一拘持部１３ａを通過する第一面Ｐ13、および第二のレンズホルダ７１の折り返し部分を通過する第二面Ｐ23に挟まれる領域ＲC1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「第一面Ｐ13」とは、第一拘持部１３ａがレンズ２ａ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、「第二面Ｐ23」とは、延設部７１ｃの端部における光軸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、第一のレンズホルダ１３および第二のレンズホルダ７１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３３ａが形成される。
同様に、第一のレンズホルダ１３と第三のレンズホルダ７２とは、第一嵌合代部１３ｂおよび第二嵌合代部７２ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ2方向において第一拘持部１３ａを通過する第一面Ｐ13、および第三のレンズホルダ７２の折り返し部分を通過する第二面Ｐ24に挟まれる領域ＲC2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「第二面Ｐ24」とは、延設部７２ｃの端部における光軸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、第一のレンズホルダ１３および第三のレンズホルダ７２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３３ｂが形成される。
さらに、第一のレンズホルダ８０とセンサホルダ７３とは、第一嵌合代部１３ｂおよび第二嵌合代部７３ｂが径方向で重なる部分であって、光軸Ｎ2方向において第一拘持部１３ａを通過する第一面Ｐ13、およびセンサホルダ７３の折り返し部分を通過する第二面Ｐ25に挟まれる領域ＲC3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「第二面Ｐ25」とは、延設部７３ｃの端部における光軸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、第一のレンズホルダ１３およびセンサホルダ７３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３３ｃが形成される。
なお、各面は、光軸Ｎ2の方向の中央を通過するものとして説明したが、例えば、第一拘持部１３ａにおける、光デバイスと接触している部分の光軸Ｎ2の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。
次に、上述した光学ユニット１Ｅを作製する方法について、図１８～図２２を参照して説明する。図１８～図２２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模式図である。
初めに、第一の光デバイス（レンズ２ａ）、および３つの第二の光デバイス（レンズ２ｂ、レンズ２ｃ、イメージセンサ４）を用意する。
まず、第一のレンズホルダ１３の内部に、レンズ２ａを固定する。そして、第二のレンズホルダ７１の内部に、レンズ２ｂ、レンズ２ｃを固定する。その後、第二のレンズホルダ７１を、第一のレンズホルダ１３の内部に挿入して、第一嵌合代部１３ｂと第二嵌合代部７１ｂを嵌合させる（図１８参照）。その際、レンズ２ａとレンズ２ｂ、２ｃとの間の距離が光学条件を満たす距離となるように、第一のレンズホルダ１３に対して第二のレンズホルダ７１を移動させてレンズ２ａとレンズ２ｂ、２ｃとの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、第一のレンズホルダ１３の外表面にレーザ光Ｌを照射することにより、第一のレンズホルダ１３の一部、および第二のレンズホルダ７１（第二嵌合代部７１ｂ）の一部を溶融固化させる（図１９参照）。この際のレーザ光Ｌの照射位置は、第一嵌合代部１３ｂと反転延伸部７１ｄとが径方向で重なり合う位置であり、かつ光軸Ｎ2方向における領域ＲC1の外側に位置している。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、第一のレンズホルダ１３から第二のレンズホルダ７１にかけて均一な溶接幅となるように、第一のレンズホルダ１３および第二のレンズホルダ７１を溶融固化させる。このレーザ溶接によって、第一のレンズホルダ１３および第二のレンズホルダ７１を接合する溶接部３３ａが形成される。
同様にして、第三のレンズホルダ７２の内部に、レンズ２ｄを固定する。その後、第三のレンズホルダ７２を、第一のレンズホルダ１３の内部に挿入して、第一嵌合代部１３ｂと第二嵌合代部７２ｂを嵌合させる（図２０参照）。その際、レンズ２ａとレンズ２ｄとの間の距離が光学条件を満たす距離となるように、第一のレンズホルダ１３に対して第三のレンズホルダ７２を移動させてレンズ２ａとレンズ２ｄとの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、第一のレンズホルダ１３の外表面にレーザ光Ｌを照射することにより、第一のレンズホルダ１３の一部、および第三のレンズホルダ７２（第二嵌合代部７２ｂ）の一部を溶融固化させる（図２１参照）。この際のレーザ光Ｌの照射位置は、第一嵌合代部１３ｂと反転延伸部７２ｄとが径方向で重なり合う位置であり、かつ光軸Ｎ2方向における領域ＲC2の外側に位置している。また、この際も、第一のレンズホルダ１３から第三のレンズホルダ７２にかけて均一な溶接幅となるように、第一のレンズホルダ１３および第三のレンズホルダ７２を溶融固化させる。このレーザ溶接によって、第一のレンズホルダ１３および第三のレンズホルダ７２を接合する溶接部３３ｂが形成される。
さらに、センサホルダ７３の内部に、イメージセンサ４を固定する。その後、センサホルダ７３を、第一のレンズホルダ１３の内部に挿入して、第一嵌合代部１３ｂと第二嵌合代部７３ｂを嵌合させる（図２２参照）。その際、レンズ２ａとレンズ２ｄとの間の距離が光学条件を満たす距離となるように、第一のレンズホルダ１３に対して第三のレンズホルダ７２を移動させてレンズ２ａとレンズ２ｄとの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、第一のレンズホルダ１３の外表面にレーザ光Ｌを照射することにより、第一のレンズホルダ１３の一部、およびセンサホルダ７３（第二嵌合代部７３ｂ）の一部を溶融固化させる（図１８参照）。この際のレーザ光Ｌの照射位置は、第一嵌合代部１３ｂと反転延伸部７３ｄとが径方向で重なり合う位置であり、かつ光軸Ｎ2方向における領域ＲC3の外側に位置している。また、この際も、第一のレンズホルダ１３からセンサホルダ７３にかけて均一な溶接幅となるように、第一のレンズホルダ１３およびセンサホルダ７３を溶融固化させる。このレーザ溶接によって、第一のレンズホルダ１３およびセンサホルダ７３を接合する溶接部３３ｃが形成される。
各ホルダの接合時、第二拘持部と第二嵌合代部との間に隙間（隙間７１ｄ、７２ｄ、７３ｄ）が形成されているため、第二のレンズホルダ７１、第三のレンズホルダ７２およびセンサホルダ７３の各拘持部の溶融を防ぐことができる。
以上説明した本発明の実施の形態３は、第一嵌合代部１３ｂと第二嵌合代部７１ｂとが重なり合い、かつ第一面Ｐ13および第二面Ｐ23に挟まれる領域ＲC1の外側に、第一のレンズホルダ１３における溶接幅と、第二のレンズホルダ７１の溶接幅とが略同じである溶接部３３ａを形成して、第一のレンズホルダ１３と第二のレンズホルダ７１とを接合するようにした。同様に、第一嵌合代部１３ｂと第二嵌合代部７２ｂとが重なり合い、かつ第一面Ｐ13および第二面Ｐ24に挟まれる領域ＲC2の外側に、第一のレンズホルダ１３における溶接幅と、第三のレンズホルダ７２の溶接幅とが略同じである溶接部３３ｂを形成して、第一のレンズホルダ１３と第三のレンズホルダ７２とを接合するようにした。さらに、第一嵌合代部１３ｂと第二嵌合代部７３ｂとが重なり合い、かつ第一面Ｐ13および第二面Ｐ25に挟まれる領域ＲC3の外側に、第一のレンズホルダ１３における溶接幅と、センサホルダ７３の溶接幅とが略同じである溶接部３３ｃを形成して、第一のレンズホルダ１３とセンサホルダ７３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、第一のレンズホルダ１３と、第二のレンズホルダ７１、第三のレンズホルダ７２、センサホルダ７３との収縮量、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、第一のレンズホルダ１３および第二のレンズホルダ７１、第三のレンズホルダ７２、センサホルダ７３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。
なお、本実施の形態３において、上述した実施の形態１の変形例１のように、第二のレンズホルダ７１、第三のレンズホルダ７２、センサホルダ７３を二つの部材で構成してもよい。
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、図２３に示すレーザホルダ２０Ｂのように、半導体レーザ３を拘持する第一部材８１と、レンズホルダ１０に嵌合する第二部材８２とを、環状の中間部材８３を用いて連結してもよい。この際、第一部材８１および中間部材８３、ならびに、第二部材８２および中間部材８３は、例えば半田付け、接着剤を用いた接着、または溶接によって接合される。また、中間部材８３は、第一部材８１や第二部材８２とは異なる材料で形成してもよい。この材料としては、絶縁性の材料、例えばセラミックが挙げられる。レーザホルダ２０Ｂの場合、第二面Ｐ20は、レーザホルダ２０Ｂの折り返し部分（中間部材８３）を通過する。レーザホルダ２０Ｂでは、第１部材８１が第二拘持部に相当し、第２部材８２が反転延伸部に相当し、中間部材８３が延設部に相当する。
また、図２４に示すように、溶接部３０Ａ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であってもよい。
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、ホルダ同士を接合できるものであればこれに限らない。例えば、電子ビーム溶接や、抵抗溶接など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では、レーザホルダまたはセンサホルダが、半導体レーザまたはイメージセンサのみを保持しているものとして説明したが、レンズなどをさらに保持するようにしてもよい。
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において、第二拘持部と第二嵌合代部との間に隙間が形成されているものとして説明したが、第二拘持部の溶融を防止できれば、隙間が形成されていない構成、すなわち第二拘持部と第二嵌合代部とが接する構成としてもよい。また、上述した実施の形態１～３において、隙間に樹脂等を充填してもよい。
また、上述した実施の形態１～３では、各ホルダが、筒状をなすものとして説明したが、光軸方向からみた形状は、円をなすものであってもよいし、楕円をなすものであってもよいし、多角形をなすものであってもよい。また、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、レンズ同士、またはレンズとイメージセンサと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。
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、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、２００ 光学ユニット
２、２ａ～２ｄ、２０１ レンズ
３、２０３ 半導体レーザ
４ イメージセンサ
１０、１１、１２、１２Ａ、２０２ レンズホルダ
１０ａ、１１ａ、１３ａ、２２ａ 第一拘持部
１０ｂ、１１ｂ、１３ｂ、２２ｂ 第一嵌合代部
１２ａ、２０ａ、２１ａ、５１、６１、７１ａ、７２ａ、７３ａ 第二拘持部
１２ｂ、２０ｂ、２１ｂ、５２、６２、７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ 第二嵌合代部
１２ｃ、２０ｃ、２１ｃ、５２ａ、６２ａ、７１ｃ、７２ｃ、７３ｃ 延設部
１２ｄ、２０ｄ、２１ｄ、５２ｂ、６２ｂ、７１ｄ、７２ｄ、７３ｄ 反転延伸部
１３ 第一のレンズホルダ
２０、２０Ａ、２２、２０４ レーザホルダ
２１、７３ センサホルダ
３０、３０Ａ、３１、３２、３３ａ～３３ｃ、２０５ 溶接部
５３、６３ 中間拘持部
７１ 第二のレンズホルダ
７２ 第三のレンズホルダ

Claims (3)

  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され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され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、
    前記第二の嵌合代部は、前記第二の拘持部から延設された延設部と、前記延設部の端部から反転して折り返し延伸する反転延伸部とからなり、
    前記第一の拘持部を通過する前記光学ユニットの光軸と垂直な面であって、前記第一の拘持部が前記第一の光デバイスと接触している部分の前記光軸方向の中央を通過する面である第一面と、前記端部の前記光軸方向の中央部を通過し、前記光軸と垂直な面である第二面とに挟まれる領域外の前記重ね部分のみで、前記第一の嵌合代部と前記第二の嵌合代部の前記反転延伸部とに亘り溶融固化した溶接部を有し、
    前記溶接部は、前記光学ユニットの光軸方向において、前記第一の嵌合代部の第一の溶接幅と、前記反転延伸部の第二の溶接幅とが、略同じに形成されている
    ことを特徴とする光学ユニット。
  2. 前記第一の溶接幅に対する前記第二の溶接幅の比が、０．７５以上１．２５以下である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  3. 前記第二の拘持部と前記反転延伸部との間には、隙間が形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
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