JP7094204B2

JP7094204B2 - レンズ調芯装置およびレンズ調芯方法

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Publication number: JP7094204B2
Application number: JP2018210254A
Authority: JP
Inventors: 裕美玄田; 大輔森田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: JP2020076875A

Description

本願は、レンズ調芯装置およびレンズ調芯方法に関わる。

レーザーダイオード（以下、ＬＤと略記することもある）は、レンズ等の光学部品と組みわせることで、発散光が平行光もしくは、集光光に変換され、様々な機器に用いられている。ここで、ＬＤとレンズ等の光学部品の光軸調整は、レンズ通過後の光ビーム像をカメラ等で観測した際に、観測された像が最適位置あるいは最適形状となるようレンズ位置を調整している。

特開２００８－２８３１１７号公報（図４）

ＬＤを発振させながらレンズ調芯する場合、特に高出力レーザーを調芯する場合においては、迷光等によりレンズ把持部の温度が上昇、熱膨張する。
レンズ把持部が熱膨張によりその設置位置が移動した場合、光ビームが照射方向に設置した観測カメラの視野範囲から外れ光ビームが見えなくこともあり、光軸の調芯フローに従い調芯ができなくなる。

調芯の際には、レーザー光のビーム幅、位置、輝度およびビームの重なり（ＬＤバーの各エミッタ同士のビームの重なり）具合を精度よく合わせる必要がある。そのためには、ＬＤレンズユニット（ＬＤにレンズを取り付けたもの）から照射される光ビームをイメージセンサなどを用いて光ビームを取得しながら、ＬＤレンズユニットのレンズ位置を６軸ステージで調整することにより調芯を行う。高精度に調芯（位置調整）した後は、このレンズをＬＤに対して位置ズレが起きないよう接着剤等で固定する。

ところが、近年のＬＤ、あるいはＬＤバーの高出力化に伴い、光ビームを照射しながら、高精度なレンズの調芯を行う際、特にレンズの調芯の初期（開始直後）において、レンズには入射しない光ビームの迷光等の割合が高いために、この迷光がレンズ把持部に当たり、レンズ把持部の温度上昇が起きる。この温度上昇により発生した熱が、レンズ調芯中にレンズ把持部から、その外部に伝導していくことにより、レンズ把持機構全体の温度が上昇するとともに熱膨張が起きる。この熱膨張により、レンズ把持部の位置が変動するので、その変動量が大きい場合には、ＬＤ、あるいはＬＤバーから照射されている光ビームが、光ビームを観測しているイメージセンサの撮像可能範囲から外れてしまい、レンズ調芯を行えない状態になることがあった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、断熱材を用いることで、レンズ把持部付近からの熱がレンズ把持部の外側部分に伝導するのを防いでイメージセンサで認識された光ビーム位置の変化量を少なくすることにより、光ビームがイメージセンサ外へ到達することを防ぎ、短時間で容易に調芯作業を完了できるレンズ調芯装置及びレンズ調芯方法を実現することを目的とする。

本願に開示されるレンズ調芯装置は、
レーザーダイオードからの光ビームを平行光もしくは集光光に変換するためのレンズと、
前記レンズを把持するレンズ把持部と、
前記レンズ把持部を支持するとともに、前記レンズを調芯するため当該レンズ把持部の設定位置を変化させる６軸ステージと、
変換された光ビームの位置を認識し記憶するビーム位置取得部と、
前記６軸ステージの構成部品である各ステージを独立に駆動制御するステージコントローラと、
前記レンズ把持部から前記６軸ステージへの熱移動、あるいは前記６軸ステージの構成部品間の熱移動を遮断する断熱材と、を備え、
前記ビーム位置取得部の光ビームの位置情報並びにビーム形状及び輝度情報を基に、前記ステージコントローラを駆動制御させることにより、前記レンズ把持部の位置を変化させて、前記レンズの調芯を行うことを特徴とするものである。

本願に開示されるレンズ調芯装置によれば、断熱材を用いることで、レンズ把持部付近からの熱がレンズ把持部の外側部分に伝導するのを防いでイメージセンサで認識された光ビーム位置の変化量を少なくすることにより、光ビームがイメージセンサ外へ到達することを防ぎ、短時間で容易に調芯作業を完了できるレンズ調芯装置及びレンズ調芯方法を実現できる。

調芯されたレンズがＬＤパッケージに固定されている状態を説明するための上面図および側面図である。実施の形態１によるＬＤ本体にレンズを調芯するためのレンズ調芯装置を示す正面図である。実施の形態１によるＬＤ本体にレンズを調芯するためのレンズ調芯装置を示す側面図である。ＬＤ本体へのレンズの調芯方法の一例を示すフローチャート図である。ＬＤへの通電によるレンズ把持部の位置の変化量を示す図である。

実施の形態１．
実施の形態１のレンズ調芯装置の一例について、以下図を用いて説明する。
図１は、レーザーダイオードパッケージ１４に対して、レンズ２３に接してレンズを直接支持するタブ部２５を介して、位置調整されて調芯されたレンズ２３が、接着層２４により固定されている状態を説明するための図である。ここで、ＬＤパッケージ１４は、ＬＤ本体１３（ＬＤもしくはＬＤバーで構成。以下同様）、ＬＤ本体１３への電流通電用のワイヤ、もしくはリボン等の導線（図示せず）、およびＬＤ本体冷却用のＬＤヒートシンク１２を有している。また、図１（ａ）は、レンズ調芯後の状態を示す平面図、図１（ｂ）はレンズ調芯後の状態を示す正面図である。なお、この図１（ｂ）より判るように、ＬＤ本体から出射したレーザー光が、レンズ２３のほぼ形状中心を通過するよう調芯された位置でレンズは固定されることが多い（ただし用途による）。

図２は、実施の形態１によるＬＤ本体１３にレンズ２３を調芯するためのレンズ調芯装置の一例を示す正面図である。
図３は実施の形態１によるＬＤ本体にレンズを調芯するためのレンズ調芯装置の一例を示す側面図である。

図２、図３に示すようにＬＤパッケージ１４は、その構成部品として、光源となるＬＤ本体１３（すなわち、ＬＤあるいはＬＤバーで構成）、ＬＤ本体１３に電流を通電するための（図示しない）ワイヤ、もしくはリボン等の導線、及びＬＤ本体１３を冷却するためのＬＤヒートシンク１２を有している。このＬＤ本体１３はＬＤヒートシンク１２の上側に実装された状態でＬＤ台座１１上に設置されている。レンズ２３は、レンズチャック２１によりタブ部２５が把持され、その位置を、ＬＤ本体１３から出射される光ビームの形状と位置を確かめながら最適位置へ調芯する位置調整を行った後、最終的にＵＶランプ５０を用いて、接着層２４を硬化し、ＬＤヒートシンク１２に固定する。

レンズ調芯装置は光ビームを出射しながらレンズを調整するため、ゴミ等があると、光ビームでゴミ等が燃焼する可能性があるので、ゴミ等が入り難いように装置全体を覆う必要がある。そこで、図２、図３に示すように、装置全体を定盤カバー５１で覆うようにした。
また、レンズ調芯中に振動があると、光ビームの位置が変動して調芯が困難となってしまうため、レンズ調芯装置の各構成部品は、全体が除震台である定盤１０の上に設置されている。
このように、レンズ調芯装置は、風の影響、あるいは外部からの振動の影響を防ぐ構造を備えたものである。

次に、レンズ調芯装置の詳細について以下説明する。レンズ調芯装置は、図２、図３に示す構成となっている。これらの図に示すように、レンズ調芯装置は、θｙステージ４１、θｚステージ４２、θｘステージ４３、ｙステージ４４、ｚステージ４５、ｘステージ４６等で構成される６軸ステージ４０と、ステージ固定用Ｌブラケット３２と、レンズチャック２１、エアチャック機構２２、およびレンズ把持用Ｌブラケット３１とで構成されるレンズ把持部２０と、スクリーン６１、レンズ群６２、イメージセンサ（ここでは、例えばＣＣＤカメラで用いられるものを想定。以下同様）６３で構成されるビーム位置取得部６４と、ＵＶランプ５０からなる。ここで、ＬＤ本体からの出射光はレーザー光路ＬＢに沿って、スクリーン６１、レンズ群６２、イメージセンサ６３などに到達する。

上記６軸ステージ４０の先端部には、エアチャックで開閉するレンズ把持部２０があり、このレンズ把持部２０により、レンズ２３が把持される。また、６軸ステージ４０には、図示しないモータ、アクチュエータが備えられ、ステージコントローラに接続されている。この６軸ステージ４０を用いることにより、レンズ２３をｘ、ｙ、ｚ方向に直進移動するとともに、θｘ、θｙ、θｚ方向に回転移動させることで、レンズの位置調整が可能である。なお、６軸の調整は各ステージを使って独立に調整可能である。

ここで、軸の方向はレンズの接着層が表面にあるＬＤヒートシンク面を基準とし、その面上で互いに直交する方向がｘ、ｙ方向で、ｚ方向は、これらｘ、ｙ方向に直交する方向であり、θｘ、θｙ、θｚ方向は、これらｘ、ｙ、ｚ方向をそれぞれ示す軸であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を中心にして、それぞれ、これらの各軸の周りに回転する方向に設定されている。

６軸ステージ４０の構成部品間に断熱材７０がない場合には、ＬＤを発光させ、その光をレンズに通し、ビームの形状と位置を確認しながら、６軸ステージ４０によりレンズの位置を移動させて調芯を開始すると、開始直後は特にレンズを透過しない光ビームによって、レンズチャック２１等が暖められ、その熱が伝わりレンズ調芯装置全体が暖まることによって膨張することがあり、特に、１００Ｗ以上の高出力ＬＤを光源として使用した場合に、その頻度が高まることが想定される。

そこで、本実施の形態では、６軸ステージ４０を構成するｚステージ４５とｘステージ４６を繋げる部分に配置されているステージ固定用Ｌブラケット３２を利用して、ｚステージ４５とステージ固定用Ｌブラケット３２の間に例えば断熱材７０ａを挿入する。

このように、断熱材７０（ここでは断熱材７０ａ）を入れた場合には、レンズ調芯装置全体の膨張、特にｙ方向の変位を防ぐ効果が期待できる。特に、サイズ効果により熱膨張した時にｙ方向に大きく変位するステージ固定用Ｌブラケット３２に対し、熱が伝わるのを防ぐ効果があり、断熱材７０を挿入することで、特にレンズチャック２１部分が熱の影響により位置が変化する量を少なくできるので、調芯手順に沿ったレンズの位置調整が可能になる。

以上において、断熱材７０を挿入する箇所は、調芯装置の構成によって効果が大きい場所であれば、どこでもよく、図２に示した設置箇所にこだわらない。また、挿入する箇所も上述の１箇所に固定されるものではなく、例えば、θｙステージ４１とレンズ把持用Ｌブラケット３１の間に挿入してもよい（ここでは断熱材７０ｂを挿入）。また、断熱材の挿入箇所も１箇所だけに絞る必要はなく、上述の断熱材７０ａと断熱材７０ｂを２つとも、それぞれ上述の箇所に同時に挿入してもよい。なお、この詳しい理由については後述する。

以上説明したように、断熱材７０を用いることで、レンズ把持部付近からの熱移動がレンズ把持部以外の他の部分に伝導するのを防ぎ、レンズの位置変化量を少なくできる。
ただし、レンズ２３に近すぎる位置（例えば、レンズ把持用Ｌブラケットよりレンズ２３に近い位置）では、かえってこのレンズ把持部に熱がこもる状態を引き起こす可能性があるため、ここへの断熱材７０の配置は避けた方がよい。

以上において、断熱材７０、７０ａ、７０ｂの主材料としては、ホウ酸塩系バインダ、リン酸塩系バインダ、耐熱性エポキシ樹脂、イソ系不飽和ポリエステル、セメント、ガラス繊維等が挙げられる。

次に、レンズの調芯において、断熱材を用いた経緯について以下説明する。
実際の調芯においては、ＬＤパッケージ１４に電力を供給し、光ビームを出射して行う。光ビームを出射すると、レンズ２３の初期位置にも依るが、ＬＤ本体１３から出た光の半分以上はレンズ２３に入ることになり、残りの光はＬＤ周辺部に拡散し、その拡散光が、特に、レンズチャック２１に当たることで、この拡散光が当たった部分の温度が上昇する。また図に示すように、調芯装置は防塵等のため定盤カバー５１で覆われているので、定盤カバー内の空気も同時に温まることになり、装置全体の温度も少しずつ上昇する。

この場合、レンズチャック２１部分の温度が上昇すると、その熱がレンズ調芯装置の他の部分に伝わり、その部分の温度が徐々に上がっていく。

その後、レンズ２３の位置を、６軸ステージ４０を使用し調芯手順に沿って、１軸ずつ調整して、最適位置へ移動させていく。
この調整を行っている間に、レンズ調芯装置全体の温度が上昇するために熱膨張が起き、レンズチャック２１の位置が動く。そうすると、各軸を最適位置に調整し、次の軸の調整を始めても、この熱膨張の影響によりレンズチャック２１の位置が変動するため、最適な調整位置からレンズ２３の位置が外れることに繋がる。

これでは、レンズ調芯の手順に従い光ビームの形状と位置が最適となるように調整しても、各軸が熱膨張により変位しているため、結果的に各軸が最適位置に収束しないことになり、調芯作業が終了しない。
そこで熱膨張の影響が、特にレンズチャック２１に及ばないようにする必要があり、そのために断熱材７０を使用する。

ところで、レンズの調整においては、ＬＤからの出射光をモニタとして用いるが、実際には、ＬＤパッケージ１４に電力を供給し、ＬＤ本体から発光する矩形状の光ビームを１つもしくは、ＬＤバーに搭載されているＬＤのエミッタの数の分だけｚ方向に出射する方法を採用している。

レンズの調整においては、上記光ビームの形状と位置を確認する必要がある。このため、図３に示すように、光ビームが照射されるｚ方向に、スクリーン６１、レンズ群６２、イメージセンサ６３をこの順に設置する。このとき、イメージセンサの形状中心位置は、目標とする光ビーム位置とその位置からの外れ量が分かりやすくなるよう、位置調整後の光ビームの最適位置に設置する。スクリーン６１の代わりに、ＮＤフィルタなどの減光手段を用いて、光ビームをイメージセンサに結像させてもよい。

また、図２において、ＵＶランプ５０は、接着層２４全体に均等に紫外線が照射されるように設置されている。この紫外線を用いて、レンズ２３を最適位置へ調整した後に、接着層２４を硬化させ、タブ部２５を介して、レンズ２３をＬＤヒートシンク１２に固定する。そして、レンズ２３の固定後にレンズチャック２１は、レンズ２３のエアチャックを解除する。

次に、レンズ調芯手順の概要について以下に説明する。また、この場合のレンズ調芯方法について、図４に示すフローチャートにより説明する。このフローチャートは、ＬＤバーからの光を効率よく集光するため、ＬＤの速軸方向をコリメートするシリンドリカルレンズであるＦＡＣレンズ（ＦＡＣはfast axis collimationの略）を用いた場合の手順の一例である（その他のレンズを使用する場合は、異なるフローチャートとなる）。レンズ調芯に使用するレンズとしては、ＬＤの高出力に耐えられるもの（例えば硝材、コーティングを施したもの）であればよい。以下、このＦＡＣレンズの使用を前提として調芯する場合の工程を順に説明する。

まず、レンズ２３に接してレンズを直接支持するタブ部２５をレンズチャック２１のエアチャック機構２２で把持する。
その後、レンズ２３を調芯開始位置へ移動する。

次に、レンズ２３のｙ方向位置は、ｙステージ４４を用いて、レンズ２３の外形形状から光学中心と想定される位置に、ＬＤ本体１３のエミッタがくるようにする。この理由は、ＬＤには厚みがあり活性層が発光するので、このエミッタ部分が、光が広がる起点となる。そのため、この部分にレンズ中心をおけば、ほぼ全ての発光した光がレンズに入ることになり、迷光を減らすことができるためである。
また、レンズの形状中心位置とＬＤの形状中心位置を合わせるため、レンズ２３のｘ方向位置は、ｘステージ４６を用いて、レンズ２３のｘ方向の外形中心位置に、ＬＤ本体１３のｘ方向の外形中心位置を合わせるように配置する。

さらに、レンズ２３のｚ方向位置は、ｚステージ４５を用いて、ＬＤ前端面１３ａ（図１参照）からレンズ２３の焦点距離（使用するレンズにも依るが数１０μｍ程度）だけ離れた場所（実際には、この場所からさらに１０μｍ程度離れた場所）にくるように設置する。この理由は、調芯作業中に誤って、ＬＤ端面にレンズが衝突することを防ぐためである。
なお、θｘは、θｘステージ４３を用いて、レンズ２３の曲率半径の円弧の接線がＬＤ本体１３の前端面と平行となるように調整する。
ここで、レンズ２３の外形とＬＤ本体の外形は、目視で確認してもいいし、（図示しない）ＣＣＤカメラ等で画像を確認しながら初期位置へ移動させてもよい。

次に、ＬＤパッケージに電力を供給し、光ビームを照射する。レンズの位置調整が終わっていない時に、大電流（ＬＤ本体に入力可能な電流の８割程度の電流値。例えば１５０Ａ～２２０Ａ。以下同様）を流すと、光ビームがあらぬ方向へ進み、予期せぬ場所が熱せられる可能性があるので、まずは、小電流（ＬＤ本体が発振を開始する最小の閾値電流値相当より、１割程度大きい値。例えば３０Ａから５０Ａ。以下同様）を流し、光ビームがスクリーン６１とレンズ群６２を通過した後の、イメージセンサ６３で得られたビーム画像を基に、レンズ位置を調整する。

そして、イメージセンサ６３で得たビーム画像から、ビーム幅、輝度、およびビーム位置に応じて、調芯フローでその後の軸の調芯を始めるかどうかを決定する。なお、ＬＤ本体１３がＬＤバーの場合、すなわち複数のエミッタがある場合には、ビーム幅、輝度、およびビーム位置に加えて各エミッタの光ビーム分布と位置も確認する。

イメージセンサ６３で得た画像を基に、１個の光ビーム位置、もしくは各エミッタの光ビーム位置が、中心からみて、複数のエミッタビームが左右で異なる位置にある場合、つまり直線状に光ビームが分布している状態で、その直線が基準線に対して傾いた状態になっている場合には、θｚステージ４２を用いて、θｚの角度を調整して、中心からみて、複数エミッタビームの位置に差がない状態にする。なお、ＬＤ本体１３で光ビームがエミッタの個数分だけ分布している場合には、左右両端の光ビーム位置を確認し、その位置に差がなく同じ位置にくる状態にする。

次に、θｙの角度調整に進む。イメージセンサ６３で得た画像で見た時にビーム幅が左右異なる場合には、θｙステージ４１を用いて、θｙの角度を調整し（回転させた時にＬＤ前端面に当たらない範囲）、左右のビーム幅を同じにする。なお、ＬＤ本体１３で光ビームがエミッタの個数分だけ分布している場合、左右両端に分布している光ビームのビーム幅が左右均等で同じ幅となる状態にする。

次に、ｚ方向位置の調整に進む。ｚステージ４５を用いて、イメージセンサ６３で得た画像で見た時に光ビームの輝度が高く、ビーム幅が最も狭くなる位置にｚ方向位置を調整する（前後に動かしながら最適位置まで移動させる）。なお、ＬＤ本体１３で光ビームがエミッタの個数分だけ分布している場合、その個数分だけの光ビーム（全部の光ビーム）のビーム輝度が平均値として最も高く、ビーム幅が平均値として最も狭くなる位置となる状態にする。
これで全６軸の調整が完了し、上述の小電流の場合においては、狙った位置に光ビームがきている状態となっている（図のステップＳ１～ステップＳ６参照）。

そこで、次に、ＬＤ本体１３に上述の大電流を流し、実際にこのＬＤパッケージが組み込まれる光学系に光ビームを出射する。
この場合、大電流をＬＤ本体に流すことで、ＬＤ本体１３の発熱量は増加するので、ＬＤ本体が接触しているＬＤヒートシンク１２、ＬＤ台座１１も発熱し、膨張することになる。また、ＬＤ本体の発光が増すので、迷光も増える。これらの効果により、小電流でレンズを調整したとしても、大電流を流すことにより、ＬＤ本体１３の位置とレンズ把持部の位置が変動することになるので、再度の調整が必要になる。

よって、イメージセンサ６３で得た画像で光ビーム像を確認しながら、もしくは、実際にＬＤパッケージが組み込まれる光学系で必要な条件を満足するように、レンズ２３の６軸を再調芯する（図のステップＳ７～ステップＳ１５参照）。

しかし、この再調芯している時に、レンズ２３を動かすので、迷光の量とビーム集光位置が変化するため、レンズ把持部の位置が熱の影響で調整中に変位する。また、大電流で光軸調整している時間が延びると、調芯装置全体の温度が上がり、その熱により徐々にレンズ２３とＬＤ本体１３の位置が移動することになる。

これらの影響により、調芯による軸調整で意図的に移動を行う分とは別に、レンズ２３とＬＤ本体１３の位置が変位する可能性があるので、調芯を完了させることが困難になる。また光ビーム像をモニタするモニタの画面内から光ビーム像が外れてしまう可能性があるため、注意が必要である。

そこで、この熱の影響によるレンズ把持部の膨張により、イメージセンサで取得した光ビーム画像が写し出されるはずのモニタ８４の画面から、光ビーム像が消失してしまうことを防ぐため、レンズ把持部とＬＤ台座に（図示しない）温度センサを取り付けることで、レンズの調芯調整の作業前に、レンズ把持部とＬＤパッケージ１４が載置されているＬＤ台座１１の温度変化に対する移動方向と移動量を求め、これらのデータを使ってフィードバック制御することにより、レンズ把持部の熱膨張による位置変位とＬＤ台座１１とＬＤヒートシンク１２の位置変位をそれぞれキャンセルする方向に移動させる方法をさらに追加して調芯することを考える。

具体的には、イメージセンサ６３で得た画像情報を画像処理ボード８１で処理して処理された画像情報をモニタ８４に出力するとともに、温度センサからのデータを配線９１と配線９２を通じて受け取る、データロガー８２からの出力が入力され、前記処理した画像情報と温度センサのデータとを基に、レンズ把持部の変位量とＬＤ台座の変位量を演算して求め、ステージコントローラ８３（後述）に求めた変位量を出力する演算装置８０と、６軸ステージ４０の構成要素である各ステージを、他のステージとは独立に、所定の移動方向へ移動させることが可能なステージコントローラ８３と、演算装置８０からの画像情報を表示するモニタ８４と、上記データロガー８２とを、定盤カバー５１の外側に設置して使用する。なお、上記演算装置８０と、ステージコントローラ８３と、データロガー８２とを合わせて、以下では制御装置と呼ぶ（図２、図３参照）。

ここで、上記の制御装置によりレンズ把持部を移動させるフィードバック制御は、先に説明した６種類の各ステージ構成要素を使ったレンズ調芯のフローの中に含めて行えるようにする。このフィードバック制御により、調芯時に迷光等により生ずる装置の温度上昇により発生する熱膨張による影響を、温度に応じて容易に防ぐことが可能となる。

ＬＤ本体１３に大電流を流した時のレンズ２３の調芯方法としては、その光学系で求められる条件を満たすように、６軸ステージの各調芯手順に沿って、ビーム径、あるいはビーム位置、パワー等を見ながら調整していく。

レンズ２３がＦＡＣレンズの場合は、先ほどの手順と同じ順でレンズの調芯を行う際、各軸の調整へ移る時に先ほどの熱による変位量をキャンセルするためのフィードバック制御を行う。

このため、まず、熱の影響がどの程度あるか、また断熱材の挿入による効果を調べるため、シミュレーションによる検討を行った。すなわち、ＬＤに大電流を通電した場合の、調芯中のレンズの位置変位量に及ぼす断熱材の影響を調べた。その結果を図５に示す。
この図に示すように、大電流を通電した場合のレンズのｘ方向の位置変位量を縦軸に、ＬＤへの通電時間（ＬＤへの通電を開始してからの経過時間。レンズ把持部への加熱時間に相当）を横軸にとっている。

具体的には、断熱材を入れない場合（図中の実線で示した曲線を参照）、断熱材７０ｂをレンズ把持用Ｌブラケット３１とθｙステージ４１の間に配置した場合（図中の破線で示した曲線を参照）、断熱材７０ａをｚステージ４５とステージ固定用Ｌブラケット３２の間に配置した場合（図中の一点鎖線で示した曲線を参照）、断熱材７０ａをｚステージ４５とステージ固定用Ｌブラケット３２の間に配置し、かつレンズ把持用Ｌブラケット３１を、常温付近（具体的には常温±３℃）で鉄などより線膨張係数の低い材料、例えばインバーとした場合（図中の二点鎖線で示した曲線を参照）の４種類のモデルを用いた場合のレンズ変位量をシミュレーションし、その結果を示した。

この図より、断熱材がないと、レンズ２３の変位量が特に大きくなることが分かる。実際に、断熱材がない場合は、調芯途中にＣＣＤカメラで撮った光ビーム像が、モニタ画面内からはみ出てしまい、調芯不能な状況になることを確認した。また、断熱材を各ステージ構成要素とその支持部品間に挿入することで、レンズ２３の移動量を減らすことができ、モニタ画面を使ったレンズ調芯が可能であることを、実際に確認した。

また、上記シミュレーション結果からは、特に、断熱材のみではなく、断熱材とレンズ把持部の材質を線膨張係数の小さいものを組み合わせて使用することで、熱膨張による影響を、断熱材を単独で使用する場合より効果的に抑制できるため、レンズの位置変化量をより少なくできることが期待できる。

以上説明したように、断熱材７０ａなどを挿入して、レンズ２３の位置変化量を減らすことにより、調芯途中での光ビーム像をモニタ画面内に収めることができるので、上述の調芯フローに従って、目的とする位置へのレンズ調芯を完了することが可能となる。
そして、この調芯フローに従ってレンズ位置の調整を行い、最終的にレンズ２３の位置調整が完了した後には（ここで、大電流をＬＤ本体に流した場合、図４のフローチャートで右側の手順であるステップＳ８～ステップＳ１４までの手順を１回のみ実施しただけでは調芯が完了しない場合がある。この場合には、調芯が完了するまで、上記ステップＳ８～ステップＳ１４のステップを繰り返し実施する）、ＵＶランプ５０によりＵＶ光を照射して接着層２４を硬化させ、上述のタブ部２５を介して、レンズ２３をＬＤヒートシンク１２に固定する。
このようにして、レンズ２３の固定が完了したら、レンズチャック２１のエアチャック機構２２のチャックを外す。
これにより、最初に説明した図１に示すＬＤパッケージに調芯されたレンズが固定されている状態になる。

なお、本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は、これら記載されたものに限られるものではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態として適用可能である。例えば、断熱材と低線膨張材の双方の適用に加え、ＬＤパッケージの温度を測定する温度センサをさらに備えることにより、測定した温度データをもとに装置の温度を換算して求め、その温度上昇により発生する熱膨張量を算出し、その熱膨張量をステージの位置変位量に換算した量をフィードバックしてレンズ調芯を行うようにしてもよい。このようにすることで、さらに調芯の精度を上げることが可能となる。

１０定盤、１１ＬＤ台座、１２ＬＤヒートシンク、１３ＬＤ本体、１３ａＬＤ前端面、１４ＬＤパッケージ、２０レンズ把持部、２１レンズチャック、２２エアチャック機構、２３レンズ、２４接着層、２５タブ部、３１レンズ把持用Ｌブラケット、３２ステージ固定用Ｌブラケット、４０６軸ステージ、４１ θｙステージ、４２ θｚステージ、４３ θｘステージ、４４ｙステージ、４５ｚステージ、４６ｘステージ、５０ＵＶランプ、５１定盤カバー、６１スクリーン、６２レンズ群、６３イメージセンサ、６４ビーム位置取得部、７０、７０ａ、７０ｂ断熱材、８０：演算装置、８１画像処理ボード、８２データロガー、８３ステージコントローラ、８４モニタ、９１、９２配線、ＬＢレーザー光路

Claims

レーザーダイオードからの光ビームを平行光もしくは集光光に変換するためのレンズと、
前記レンズを把持するレンズ把持部と、
前記レンズ把持部を支持するとともに、前記レンズを調芯するため当該レンズ把持部の設定位置を変化させる６軸ステージと、
変換された光ビームの位置を認識し記憶するビーム位置取得部と、
前記６軸ステージの構成部品である各ステージを独立に駆動制御するステージコントローラと、
前記レンズ把持部から前記６軸ステージへの熱移動、あるいは前記６軸ステージの構成部品間の熱移動を遮断する断熱材と、を備え、
前記ビーム位置取得部の光ビームの位置情報並びにビーム形状及び輝度情報を基に、前記ステージコントローラを駆動制御させることにより、前記レンズ把持部の位置を変化させて、前記レンズの調芯を行うことを特徴とするレンズ調芯装置。
前記レンズ把持部の材質は、常温付近での線膨張係数が鉄よりも小さいもので構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ調芯装置。
前記レンズ把持部と前記６軸ステージとの間、あるいは前記６軸ステージの各構成部品間に、前記断熱材を複数の箇所に配置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンズ調芯装置。
レーザーダイオード本体とレーザーダイオードヒートシンクを構成要素として含むレーザーダイオードパッケージ、および前記レンズ把持部の温度を計測する温度センサを有し、計測した前記レーザーダイオードパッケージおよび前記レンズ把持部の温度を基に、前記ステージコントローラにより、前記レンズ把持部の位置を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ調芯装置。
レーザーダイオードからの光ビームを平行光もしくは集光光に変換するためのレンズと、
前記レンズを把持するレンズ把持部と、
前記レンズ把持部を支持するとともに、前記レンズを調芯するため当該レンズ把持部の設定位置を変化させる６軸ステージと、
前記６軸ステージの各構成部品を独立に駆動制御するステージコントローラと、
前記レンズを通過後の前記光ビームの位置を認識し記憶するビーム位置取得部と、
前記レンズ把持部から前記６軸ステージへの熱移動、あるいは前記６軸ステージの各構成部品間の熱移動を遮断する断熱材と、
レーザーダイオード本体とレーザーダイオードヒートシンクを構成要素として含むレーザーダイオードパッケージ、および前記レンズ把持部の温度を計測する温度センサと、
ＵＶ光を発光するＵＶランプと、
を、備えたレンズ調芯装置を用いて前記レンズの調芯を行うレンズ調芯方法であって、
前記レンズの外形形状を基準に前記６軸ステージの各構成部品のうち、ｘ方向位置を調整するｘステージ、ｙ方向位置を調整するｙステージ、ｚ方向位置を調整するｚステージ、およびｘ軸周りの回転角度を調整するθｘステージによる調整を行って、レンズ把持部の位置を移動する工程と、
前記レーザーダイオードに通常よりも低い電流を通電する工程と、
前記ビーム位置取得部により得られた画像を基に、ｚ軸周りの回転角度を調整するθｚステージ、ｙ軸周りの回転角度を調整するθｙステージ、およびｚ方向位置を調整するｚステージによる調整を行ってレンズ把持部の位置を移動する工程と、
前記レーザーダイオードに通常よりも高い電流を通電する工程と、
前記ビーム位置取得部により得られた画像、および計測した前記レーザーダイオードパッケージと前記レンズ把持部の温度を基に、ｚ軸周りの回転角度を調整するθｚステージによる調整、前記計測した温度によるレンズ把持部の位置の調整、ｙ軸周りの回転角度を調整するθｙステージによる調整、およびｚ方向位置を調整するｚステージによる調整を行って、レンズ把持部の位置を設定完了後、ＵＶランプにより前記レンズの位置を固定する工程と、
を含むことを特徴とするレンズ調芯方法。