発光装置の製造方法
【課題】光学部品の位置を精密に調整しながら該光学部品を強固に固定でき、高精度で且つ信頼性の高い光学系を備えた発光装置を生産性良く製造する。
【解決手段】光学部品２５を保持する保持部材２０と、前記光学部品２５の光軸４０方向に前記保持部材２０と嵌合して該保持部材２０を支持する支持部材３０と、前記光学部品２５に光を入射する光源１５を有する光源部１０と、を具備する発光装置１００の製造方法であって、前記保持部材２０と前記支持部材３０とを溶接する溶接工程を備え、該溶接工程において、前記保持部材２０および前記支持部材３０に形成される溶接部５０の面積を大きくすることにより、前記保持部材２０の前記光軸４０方向の位置を調整することを特徴とする。
【解決手段】光学部品２５を保持する保持部材２０と、前記光学部品２５の光軸４０方向に前記保持部材２０と嵌合して該保持部材２０を支持する支持部材３０と、前記光学部品２５に光を入射する光源１５を有する光源部１０と、を具備する発光装置１００の製造方法であって、前記保持部材２０と前記支持部材３０とを溶接する溶接工程を備え、該溶接工程において、前記保持部材２０および前記支持部材３０に形成される溶接部５０の面積を大きくすることにより、前記保持部材２０の前記光軸４０方向の位置を調整することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置の製造方法に関し、特に光学部品を所定位置に溶接して固定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズや光ファイバなどの光学部品を備えた発光装置の製造方法において、これらの光学部品を筐体や支持部材の所定位置に固定する方法として、信頼性や生産性の観点から、溶接による固定方法が採用されている。この方法では、例えばレンズホルダ等の保持部材に光学部品を搭載し、予め光学部品・保持部材の位置調整を行った後、保持部材および筐体・支持部材の一部に高出力のレーザ光を照射して両部材を溶接固定する。
【０００３】
例えば特許文献１には、光ファイバを有する光結合装置において、半導体レーザが設置されたケースの側面に予め取り付けられたパイプの端面に、レンズホルダの略全周囲をレーザ溶接により固定する方法が記載されている。この方法では、レンズホルダの中心軸に対して１２０°間隔で３分岐されたレーザ照射ヘッドからレーザ照射を行い、ケースを順次回転させてレーザ溶接を繰り返すことで、光出力損失を増加させずに固定できるとされている。
【０００４】
また特許文献２には、光ファイバを保持するフェルールの先端部を挿入保持するホルダと光学レンズ部品との当接部分を、円周方向に亘って三等分するようにＹＡＧレーザ等で同時に溶接することで、レーザの衝撃による光学レンズ部品の位置ずれを防止できることが記載されており、またそのホルダとフェルールとも同様にレーザ溶接されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２１８８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９７９３号公報
【特許文献３】特開２００１−１１１１５５号公報
【特許文献４】特開平９−３１１２５２号公報
【特許文献５】特開昭６３−１６１４１９号公報
【特許文献６】米国特許出願公開番号２００８／００１９０１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２等に記載されたレーザ溶接による保持部材の固定方法によれば、溶融部分の膨張および凝固後の収縮などに伴う保持部材の位置ずれを低減することはできるが、それでもミクロンオーダの微量の位置ずれが残存する。特に、ホログラフィックデータストレージのような高密度光記録・再生装置用の光源など、出射光に高い光学性能が要求される発光装置の製造においては、光学部品の高精度の位置調整が要求され、また溶接による固定方法では一旦溶接を行えば元の状態に戻すことが困難なため、このような微量の位置ずれであっても、調整作業を煩雑にし、歩留まりの低下に繋がる要因となる。
【０００７】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、光学部品の位置を精密に調整しながら該光学部品を強固に固定でき、高精度で且つ信頼性の高い光学系を備えた発光装置を生産性良く製造することができる発光装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る発光装置の製造方法は、下記（１）〜（７）の構成により、上記目的を達成することができる。
（１） 光学部品を保持する保持部材と、前記光学部品の光軸方向に前記保持部材と嵌合して該保持部材を支持する支持部材と、前記光学部品に光を入射する光源を有する光源部と、を具備する発光装置の製造方法であって、前記保持部材と前記支持部材とを溶接する溶接工程を備え、該溶接工程において、前記保持部材および前記支持部材に形成される溶接部の面積を大きくすることにより、前記保持部材の前記光軸方向の位置を調整することを特徴とする。
（２） 前記支持部材は筒状体であって、一端が前記光源部と接合されており、前記溶接部の面積を大きくすることにより、前記保持部材が前記光源部に近づく方向に変位することを特徴とする。
（３） 前記支持部材は円筒状であって、前記保持部材は該支持部材に嵌入されており、前記溶接部は、前記支持部材上から貫通溶接することにより形成することを特徴とする。
（４） 前記溶接部は、前記光軸を中心として略等配された複数の箇所に同時形成することを繰り返して該面積を大きくすることを特徴とする。
（５） 前記溶接部は、前記光軸を中心として周回方向に該面積を大きくすることを特徴とする。
（６） 前記溶接部は、前記光軸に対して略垂直な１つの面上に形成することを特徴とする。
（７） 前記溶接部は、レーザ溶接により形成し、該レーザ溶接において、レーザ光を前記光軸に対し略垂直に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光装置の製造方法によれば、溶接に伴う保持部材の変位を制御し、該変位作用を利用して光学部品の光軸方向の位置を調整することができる。すなわち、溶接の増進つまり溶接部の形成量、面積を変化させることにより保持部材を精密に変位させ、光学部品の位置を高精度に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る発光装置およびその製造方法を説明する概略断面斜視図である。
【図２】実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略断面図である。
【図３】実施の形態に係る発光装置の製造方法の一例を示す概略斜視図である。
【図４】溶接回数と保持部材の変位との関係を示すグラフである。
【図５】溶接回数とパワー値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置およびその製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。特に、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、以下に記載されている実施の形態についても同様に、特に排除する記載が無い限りは各構成等を適宜組み合わせて適用できる。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置およびその製造方法を説明する概略断面斜視図である。図１に示す例の発光装置１００は、主として光源部１０と、光学部品２５を保持する保持部材２０と、該保持部材２０を支持する支持部材３０と、から構成されている。光源部１０は、基体１１の内部に半導体レーザ素子がステム上に実装された半導体レーザ装置である光源１５を保持している。保持部材２０は、コリメータレンズである光学部品２５を内部に保持する、例えばレンズホルダである。支持部材３０は、例えばスリーブなどの筒状体であって、保持部材２０が光軸４０（Ｚ軸）に沿って可動であるように、光学部品の光軸４０の方向に保持部材２０と嵌合されている。また支持部材３０は、光学部品の光軸４０と光源１５の中心軸とが一致するように予め調整され、その一端が光源部１０と接合されている。
【００１３】
上記のような構成において、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部の一部を溶接して両部材同士を固着する。この溶接工程において、溶接部５０には両部材の溶融、凝固により溶接ビードが形成される。この溶接部５０の形成により、保持部材２０の光軸４０方向への変位作用を奏させ、溶接部５０つまり溶接ビードの形成量、面積を変化させることによって、光学部品２５の光軸４０方向の位置を調整することができる。また本実施の形態のように、支持部材３０が光源部１０に接合されている場合、溶接部５０の形成により保持部材２０は、光源部１０に近づく方向に変位する傾向が見出されている。これは、溶接部５０の形成による構成部材の収縮によるものと考えられる。なお、１回の点状の溶接部５０（溶接点）の形成による保持部材２０の光軸方向への変位はサブミクロンオーダで可能であり、精密な位置調整が可能である。また、溶接部５０の形成により可能な保持部材２０の光軸方向への最大変位量は数μｍ〜数十μｍ程度であり、保持部材２０の光軸４０方向の位置の粗調整を予め行った状態で溶接することが好ましい。
【００１４】
以下、この溶接工程について詳述する。図２は、本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法の一例を説明する、溶接部における概略断面図である。また図３は、本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法の一例をより具体的に示す概略斜視図である。
【００１５】
本発明において、溶接方法は、溶接部５０つまり溶接ビードを１ｍｍ以下の径に絞ることができるものが好ましく、これにより精密な変位作用を奏させることができる。特に、精密かつ信頼性、生産性に優れるレーザ溶接により行うことが好ましい。レーザ溶接は、レーザ光を熱源とし、金属などに集光した状態で照射して局部的に溶融、凝固させることによって接合する方法である。なかでも、ＹＡＧレーザは集光性に優れ、また光ファイバを用いてスポット径を小さくすることができる。また更に集光性に優れる高出力のファイバレーザを用いてもよい。ＣＯ２レーザは出力を高めることができ、１ｍｍ以上の比較的肉厚の大きい金属も溶接することができる。このほか、電子ビーム溶接なども適用できる。
【００１６】
また図１，２に示すように、本発明における溶接は、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部において、その周部上からの貫通溶接により行うことが好ましい。貫通溶接は、複数の溶接部５０を形成する場合に、溶接点の位置精度に依存せず、各溶接部５０の形状が揃ったものとなりやすく、溶接による保持部材２０の光軸方向の変位作用を制御しやすい。このほか、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部の外縁をすみ肉溶接してもよい。
【００１７】
また、溶接部５０は、図２，３に示すように、光学部品２５の光軸４０を中心として周回方向に略等配された複数個所に同時形成することにより、保持部材２０の光軸方向への変位作用を制御しやすくなる。また光軸４０に垂直な方向の位置ずれを抑制する効果もある。また溶接をレーザ溶接により行う場合には、保持部材２０の変位がレーザ出力にも依存するため、各溶接部５０を同じレーザ出力で形成することで、変位作用の制御性を高めることができる。すなわち、光軸４０中心に向かって照射される各レーザ光を出力（強度）とその向きとを各々有するベクトルとして考えると、その各ベクトルの合成が零ベクトルとなることが好ましい。１回の溶接において同時形成する溶接部５０の数は限定されないが、特に１２０°間隔で等配されていることが好ましく、レーザ溶接では１２０°間隔で等配された３分岐のレーザ出射部（レーザ出射ポート）６０からレーザ照射を行うことが好ましい。
【００１８】
さらに好ましくは、まず光軸４０を中心として周回方向に略等配された複数個所に、同時に、第１の溶接部を形成する。次に、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部における第１の溶接部とは異なる部位に、新たに第２の溶接部を同様に形成する。そして、これを順次繰り返すことにより、溶接部５０の形成を増進させ溶接部５０の総面積を徐々に大きくしていくことで、溶接による保持部材２０の光軸方向への変位作用を好適に制御することができる。
【００１９】
なお、保持部材２０の光軸方向への変位作用は、溶接部５０の形成量、面積の変化に伴って生じるため、第１の溶接部と第２の溶接部とを離間して形成することで、効率良く変位作用を奏させることができる。ただし、例えば溶接をレーザ溶接により行う場合は、レーザ光の照射中心が離間していればよく、形成される円形状の溶接ビードの一部が、近隣の溶接部同士で重なり合っていてもよい。また保持部材２０を最適位置に調整するために必要な溶接部５０の形成量、数は未知であり、上記等配された複数個所への同時溶接を繰り返す場合には、第２の溶接部はその直前の第１の溶接部の近隣に形成することが好ましい。例えば保持部材２０又は支持部材３０の径が１０〜２０ｍｍ程度で、レーザ光のスポット径が３００〜５００μｍ程度の場合、保持部材２０と支持部材３０とを光軸４０を中心として２〜４°回転させて順次溶接を行う。
【００２０】
なお、この場合、溶接工程の少なくとも途中段階において、保持部材２０と支持部材３０の嵌合部の周部には、複数の溶接部５０が集合して形成された溶接領域５１と、未だ溶接されていない未溶接領域５５が交互に形成される。本発明では、溶接による光学部品２５の光軸方向の位置調整完了後において、上述の未溶接領域５５が残存していてもよい。このとき、溶接領域５１では、溶接部５０が第１の間隔（溶接部同士が重なり合って第１の間隔が０となる場合を含む）で分布しており、各溶接領域５１は第１の間隔より大きい第２の間隔（未溶接領域５５の幅）で互いに離間されている。このような未溶接領域５５を残存させることにより、全周を溶接する場合に比べて、溶接による残留応力を分散させて緩和することができる。なお、発光装置の耐環境性の観点においては、溶接部５０は３点以上形成することが好ましい。また保持部材２０と支持部材３０とはその全周を溶接する必要はないが、光学部品２５の最適位置への調整のため、結果的に略全周が溶接されてもよい。
【００２１】
図４は、レーザ照射角、つまり光軸４０に対して垂直な方向からのレーザ光の傾斜角が０°、−１５°、および＋３０°の場合において、ＹＡＧレーザによる溶接回数と保持部材２０の光軸方向の変位量との関係を各々示したグラフである。１回の溶接におけるレーザ照射条件は、出力０．９ｋＷ、照射時間（パルス幅）４ｍｓｅｃで、光軸４０を中心として１２０°間隔で等配された３ポートから同時照射するものであり、光軸４０を回転中心軸として周回方向に溶接を繰り返す。また、１〜５回目までの溶接と６〜１０回までの溶接とで、光軸４０に平行な方向に溶接箇所を変更している。なお、保持部材２０の光軸方向の変位は保持部材２０から光源部１０へ向かう方向をマイナス方向とし、レーザ光の照射角は光軸に垂直な面（Ｘ−Ｙ平面）から光源部１０側に傾斜する方向をマイナス方向とする。
【００２２】
図４に示すように、いずれのレーザ照射角においても、溶接により保持部材２０がマイナス方向へ変位する傾向が見て取れる。また図４から、光軸に平行な方向に溶接箇所を変更した１〜５回目の溶接と６〜１０回目の溶接とで、変位の傾向が若干ながら変化していることが伺え、保持部材２０の変位の方向や量は、保持部材２０と支持部材３０の嵌合部における光軸方向の溶接位置にも依存している。溶接部５０は、光軸４０に平行な方向に溶接部５０を増やしてもよいが、光軸４０を中心として周回方向に増やすほうが、保持部材２０の光軸方向への変位作用を制御しやすく、好ましい。さらに詳しくは、図２に示すように、光軸４０に対して略垂直な１つの面上に溶接部５０を形成することが好ましく、これにより比較的安定した光軸方向の変位作用が得られ、また溶接部５０の形成を小さい領域に収めることができる。例えば１回の溶接部の形成を終える毎に、嵌合された保持部材２０と支持部材３０とを光軸４０を中心軸として回転させ順次溶接を行い、これを繰り返せば、作業性が良い。
【００２３】
また図４を見れば、特にレーザ光の照射角０°で溶接した場合において、他の照射角−１５°および＋３０°の場合に比べて、保持部材２０のマイナス方向への変位が安定的に得られており、サブミクロンオーダの調整が制御性良く行えることがわかる。このように、溶接をレーザ溶接により行う場合、レーザ光を光軸４０に対して略垂直に照射すれば、保持部材２０の光軸方向への変位作用を制御しやすく、選択的に一方向に緩やかに変位させることができ、好ましい。ただし、本明細書でいう「略垂直」とは、上述した機能を実質的に発揮できればよく、例えば光軸４０に対して９０°±５°程度の範囲を含むものとすることができる。
【００２４】
なお、本発明の溶接による光学部品の光軸方向の位置調整は、調整治具等により保持部材２０が固定、支持されていない状態で行うことが好ましく、これにより残留応力の発生を抑制しながら光軸方向の変位作用を制御しやすくすることができる。例えば保持部材２０の一部を調整治具により支持した状態で粗調整および支持部材３０への仮溶接を行った後、該調整治具による保持部材２０の支持を解き、上述の溶接部５０の形成による光軸方向の位置調整を行うと良い。
【００２５】
以下、本発明の発光装置の製造方法における各部材、構成について説明する。
【００２６】
（光源部）
光源部１０は、少なくとも、光学部品２５に光を入射する光源１５と、該光源１５を内部に固定・保持する基体１１と、から構成される。光源１５は、半導体レーザ（ＬＤ：LASER Diode）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの半導体発光素子、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子、又はこれらの素子が実装された光源装置のほか、ハロゲンランプなどのランプ光源などを用いることができる。紫外光や短波長の可視光を発光可能な窒化物半導体発光素子は、高精度、高分解能の光学系に好適な光源であるが、他方そのような性能を実現するために高精度の光学調整が必要となるため、本発明の発光装置の製造方法が特に効果を奏する。
【００２７】
光源１５を保持する基体１１は、ステンレス鋼のほか、光源の放熱性、機械的強度、組立精度などの観点から、クラッド材、例えば鉄材料でクラッドした鋼材を用いて構成することができる。また、基体１１への光源１５の固定は、基体１１に光源１５と嵌合する凹部を設け、該凹部内に光源１５を嵌入してレーザ溶接により行う。このほかネジ止め及び／又は接着剤の塗布などにより固定してもよい。
【００２８】
（光学部品）
光学部品２５には、レンズ、ミラー、プリズム、光学フィルタなどの光学素子のほか、レーザロッドや波長変換用の非線形光学結晶などの光学結晶、あるいは光ファイバなどを用いることができる。特に、光学部品２５が開口数（ＮＡ）の高い（例えば０．４≦ＮＡ）コリメータレンズなどの場合、レンズの光軸方向の位置精度がビーム平行度の精度に大きく影響し高精度の位置調整が必要となるため、本発明の発光装置の製造方法が特に効果を奏する。このほか、例えば光学部品がミラーやプリズムなどの光偏向素子であって、レンズ等による集束光の焦点位置を高精度に調整することが必要な光学系などにも、本発明の発光装置の製造方法を適用できる。
【００２９】
（保持部材）
保持部材２０は、光学部品２５を保持する各種ホルダなどであり、例えば光学部品２５がレンズの場合にはそのレンズホルダ又は鏡筒である。保持部材２０は、少なくとも溶接可能な材料で構成され、例えばステンレス鋼（オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系）、鉄鋼材料（機械構造用炭素鋼、一般構造用圧延鋼）、スーパーインバー、コバールなどを用いることができ、特に温度依存性の点でスーパーインバー、コバール等が好ましい。溶接性、耐食性が優れ比較的安価なステンレス鋼も適している。保持部材２０は、光学部品２５の光軸４０を中心軸とする筒状体であって、その内部に光学部品２５を保持し、光学部品２５への入射光を光軸方向にそのまま透過させる形態であれば、光学系および発光装置の小型化を図ることができ好ましい。また保持部材２０が支持部材３０に嵌入する嵌合構造の場合、保持部材２０の外面の断面形状は、支持部材３０と嵌合し光軸４０の方向に比較的滑らかな変位、またその制御が可能なように、小さい表面粗さで加工しやすい円形が好ましい。またその嵌合構造において、保持部材２０の先端部を一時的に支持して保持部材２０の光軸方向の位置の粗調整を行う際には、図１に示すように、保持部材２０が支持部材３０より突出していることが好ましい。なお、保持部材２０への光学部品２５の固定は、保持部材２０の内面に光学部品２５の位置決めをするための突起部を設け、該突起部に光学部品２５を当接させ、接着剤の塗布などにより行う。
【００３０】
（支持部材）
支持部材３０は、光軸４０の方向に保持部材２０と嵌合して該保持部材２０を支持する部材であり、筒状体、各種スリーブなどである。支持部材３０は、溶接可能なように上述の保持部材２０と同様の材料により構成することができ、スーパーインバー、コバール等が好ましい。溶接性、耐食性が優れ比較的安価なステンレス鋼も適している。また保持部材２０が支持部材３０に嵌入する嵌合構造の場合、支持部材３０の内面の断面形状は、上述のように保持部材２０との嵌合のため円形であることが好ましい。さらに支持部材３０の周部を貫通溶接する場合には、外面も内面と同じ円形である円筒形が好ましい。特に内面と外面とが略同心円状、つまりその肉厚が部位に依らず略一定であることで、各溶接部５０の形状、深さが揃ったものとなりやすく、溶接による保持部材２０の光軸方向の変位作用を制御しやすい。なお、支持部材３０の溶接部５０を形成する部分の肉厚は、貫通溶接が可能な厚さにすることが好ましく、ＹＡＧレーザを使用する場合には０．３０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．２５ｍｍ以下とする。また図１，２に示すように、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部において、支持部材３０に他の部位より肉厚の小さい薄肉部３１を設けて、該薄肉部３１において溶接部５０を形成するようにしてもよい。全体の肉厚を小さくするより、その一部を薄肉部３１とすることで、支持部材３０の加工時の面精度、および加工後の機械的強度を高めることができる。
【００３１】
また、保持部材２０と支持部材３０との嵌合構造は、保持部材２０の内部に光学部品２５を保持する場合が多く、発光装置の小型化のため、保持部材２０を支持部材３０に嵌入する形態が好ましいが、これに限らず、支持部材３０を保持部材２０に嵌入する構造であってもよい。
【００３２】
（光源部と支持部材の接合）
保持部材２０と支持部材３０とを光軸方向に嵌合させる場合、光源１５に対する光学素子２５の光軸４０に垂直な方向（Ｘ−Ｙ面内）の位置調整は、光源部１０と支持部材３０との位置関係をＸ−Ｙ方向に変化させて行う。光源部１０と支持部材３０とを接合する場合には、溶接を用いてもよい。例えば光学部品の光軸４０と光源１５の中心軸（光軸）とが一致するように調整した後、図１に示すように、光源部の基体１１と支持部材３０の接合部（界面）近傍の周部（側面）を溶接して固定する。保持部材２０と支持部材３０の嵌め合いは、例えば下記実施例では隙間が５〜３５μｍ（精転合；ＪＩＳ―Ｂ０４０１規格）程度の精密嵌め合いであって、光源１５に対する光学部品２５のＸ−Ｙ面内の位置精度は、この工程における調整および固定によりほぼ決定される。この溶接においても、レーザ溶接を用いることが好ましく、また光軸４０を中心として周回方向に略等配された複数個所を同時溶接することにより、溶接による位置ずれを抑制することができる。
【００３３】
なお、図１に示すように、溶接により変形を伴う光源部の基体１１や保持部材２０は、複数の部材で構成してもよい。すなわち、少なくとも、光源１５や光学部品２５を保持する内側の第１部材（１２，２１）と、該第１部材の外側にあって他の構成要素と溶接固定される部位を含む第２部材（１３，２２）と、から構成し、第１部材と第２部材とはネジ止めなど脱着可能な固定方法により接合する。これにより、内側の第１部材は、外側の第２部材に保護され、溶接による固着および変形を伴わず元の形状を維持できるため、溶接後も個別に取り出し再利用することができる。
【００３４】
（外部共振器型レーザ装置）
ホログラフィックデータストレージなど高密度光記録・再生装置用の光源として用いる波長可変の外部共振器型レーザ装置においては、光源１５として、出射側端面に反射防止膜（ＡＲコート：Anti-Reflection Coating）が設けられ、モニタ側端面に高反射率の反射膜が設けられた半導体レーザ素子をステムに実装した半導体レーザ装置を用いる。光学素子２５はコリメータレンズとし、該コリメータレンズの前方に回転機構搭載の回折格子を配置し、該回折格子にコリメータレンズからの平行光を照射して、その回折光の一部を選択的にレーザ素子に帰還させて、単一縦モードでレーザ発振させる。このような外部共振器型レーザ装置において安定したレーザ発振を得るには、コリメータレンズからの出射光が高精度の平行光である必要があり、本発明の溶接工程において、コリメータレンズを、その光軸方向の位置を調整して高精度のビーム平行度を達成すると共に、耐環境性良好に固定することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００３６】
本実施例の発光装置１００は、図１に示すような、半導体レーザ装置１５がレーザホルダ１１に固定された光源部１０と、コリメータレンズ２５を保持するレンズホルダ２０と嵌合かつ接合されたスリーブ３０から構成されるレンズユニット７０と、が接合されて構成される。半導体レーザ装置１５は、ステムに発光中心波長４０５ｎｍの窒化物半導体レーザ素子が実装されたものであり、コリメータレンズ２５によりその平行光を出射可能な光源装置である。
【００３７】
レーザホルダ１１は、ステンレス製であり、半導体レーザ装置１５を保持する円盤状の第１レーザホルダ１２と、その外縁を包囲するリング状の第２レーザホルダ１３と、からなっており、第１および第２レーザホルダ１２，１３はネジで互いに連結され、一体化されている。またレンズホルダ２０は、ステンレス製で、レーザホルダ１１と同様にコリメータレンズ２５を内部に保持する第１レンズホルダ２１と、その外側を包囲する筒状の第２レンズホルダ２２と、がネジで連結されて構成されている。スリーブ３０は、ステンレス製で、外径が１５ｍｍの円筒形であり、レーザ溶接部を形成するための肉厚０．２５ｍｍの薄肉部３１がその先端部に設けられ、該薄肉部３１以外の肉厚は０．９ｍｍである。このような発光装置１００において、光源部１０に対してレンズユニット７０を、次のようにＹＡＧレーザ溶接により位置調整し且つ接合する。
【００３８】
まず、図３に示すように、発光装置１００の光学調整をするための光学系を備える調整治具は、少なくとも、ＸＹＺ各軸の調整機構を備える第１および第２調整治具８０，９０と、ＹＡＧレーザ溶接するための複数のレーザ出射部６０を備えるレーザ出射光学部と、から構成されている。光源部１０を搭載する第１調整治具８０は、ＸＹＺ各軸回りの回転調整機構も備えている。そして、光源部１０を第１調整治具８０上に設置し、その光源部１０上にレンズユニット７０を搭載し、レンズホルダ２０の先端部を第２調整治具９０により保持させる。レーザ出射部６０は、第１調整治具８０上に設置した光源部１０およびレンズユニット７０に向かって、Ｚ軸回りに１２０°間隔で等配し、Ｚ軸に対して垂直にレーザ光を照射可能なように設置する。そして、第１および第２調整治具８０，９０により、発光装置１００の光軸角度（Ｘ−Ｙ軸）およびフォーカス（Ｚ軸）を予め調整しておく。
【００３９】
次に、光源部１０およびレンズユニット７０の接合界面の周部に、ＹＡＧレーザ光を出力２ｋＷ、照射時間（パルス幅）４ｍｓｅｃで照射し溶接する。レーザ溶接は３回（合計９箇所）程度行って、半導体レーザ装置１５に対するコリメータレンズ２５のＸ−Ｙ方向の位置を固定する。
【００４０】
最後に、Ｚ軸方向の調整、固定を次のように行う。第２調整治具９０をＺ軸方向に移動させ、レンズホルダ２０を光源部１０から離れる方向に所定量、例えば干渉計によるパワー値（ゼルニケ多項式のフォーカスの項の２倍；Power Term）の測定値で＋１．２λ（ＲＭＳ・λ）相当分オフセットさせる。なお、本実施例において、コリメータレンズ２５のＮＡは約０．６であり、上記パワー値における±０．１λの変化は、コリメータレンズ２５のＺ軸方向の±０．８μｍ程度の変位に相当する。その後、支持部材３０の薄肉部３１にＹＡＧレーザ光を出力２ｋＷ、照射時間４ｍｓｅｃで照射して貫通溶接した後、レンズホルダ２０を第２調整治具９０から開放する。このとき、まだ＋０．９λ程度のパワー値が残存している。このパワー値を０に近づけるため、第１調整治具８０をＺ軸回りに約３°回転調整させる毎に上記レーザ照射条件と同条件で貫通溶接を繰り返す。なお、このとき形成される１つの溶接ビードは直径が３００〜５００μｍ程度の円形状で、各溶接ビードの間隔（中心間距離）は３００〜５００μｍ程度である。
【００４１】
図５は、このときの溶接回数とパワー値（ビーム平行度）の変化との関係を示すものである。図５に示すように、溶接回数の増加すなわち溶接部５０の形成量、面積の増大に伴ってパワー値が緩やかに減少しており、溶接後のビーム平行度を観察することによって、Ｚ軸（光軸）方向において所望の位置精度に調整が可能である。また溶接回数の増加、つまり溶接部の面積の拡大に伴って、保持部材２０と支持部材３０との固着が次第に強固になるため、同条件で溶接を繰り返しても、１回の溶接によるパワー値の変化量、すなわち保持部材２０の光軸方向の変位量が徐々に小さくなっており、精密な位置調整を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の発光装置の製造方法およびそれにより製造される発光装置は、出射光に高精度の光学性能を要する光源、発光装置に好適であり、ホログラフィックデータストレージなど高密度光記録・再生装置用光源のほか、レーザディスプレイ、レーザプリンタ、光通信デバイスなどの光源に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…光源部（１１…基体（１２…第１部材、１３…第２部材）、１５…光源）
２０…保持部材（２１…第１部材、２２…第２部材）
２５…光学部品
３０…支持部材（３１…薄肉部）
４０…光軸
５０…溶接部
５１…溶接領域
５５…未溶接領域
６０…レーザ出射部
７０…レンズユニット
８０…第１調整治具
９０…第２調整治具
１００…発光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置の製造方法に関し、特に光学部品を所定位置に溶接して固定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズや光ファイバなどの光学部品を備えた発光装置の製造方法において、これらの光学部品を筐体や支持部材の所定位置に固定する方法として、信頼性や生産性の観点から、溶接による固定方法が採用されている。この方法では、例えばレンズホルダ等の保持部材に光学部品を搭載し、予め光学部品・保持部材の位置調整を行った後、保持部材および筐体・支持部材の一部に高出力のレーザ光を照射して両部材を溶接固定する。
【０００３】
例えば特許文献１には、光ファイバを有する光結合装置において、半導体レーザが設置されたケースの側面に予め取り付けられたパイプの端面に、レンズホルダの略全周囲をレーザ溶接により固定する方法が記載されている。この方法では、レンズホルダの中心軸に対して１２０°間隔で３分岐されたレーザ照射ヘッドからレーザ照射を行い、ケースを順次回転させてレーザ溶接を繰り返すことで、光出力損失を増加させずに固定できるとされている。
【０００４】
また特許文献２には、光ファイバを保持するフェルールの先端部を挿入保持するホルダと光学レンズ部品との当接部分を、円周方向に亘って三等分するようにＹＡＧレーザ等で同時に溶接することで、レーザの衝撃による光学レンズ部品の位置ずれを防止できることが記載されており、またそのホルダとフェルールとも同様にレーザ溶接されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２１８８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９７９３号公報
【特許文献３】特開２００１−１１１１５５号公報
【特許文献４】特開平９−３１１２５２号公報
【特許文献５】特開昭６３−１６１４１９号公報
【特許文献６】米国特許出願公開番号２００８／００１９０１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２等に記載されたレーザ溶接による保持部材の固定方法によれば、溶融部分の膨張および凝固後の収縮などに伴う保持部材の位置ずれを低減することはできるが、それでもミクロンオーダの微量の位置ずれが残存する。特に、ホログラフィックデータストレージのような高密度光記録・再生装置用の光源など、出射光に高い光学性能が要求される発光装置の製造においては、光学部品の高精度の位置調整が要求され、また溶接による固定方法では一旦溶接を行えば元の状態に戻すことが困難なため、このような微量の位置ずれであっても、調整作業を煩雑にし、歩留まりの低下に繋がる要因となる。
【０００７】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、光学部品の位置を精密に調整しながら該光学部品を強固に固定でき、高精度で且つ信頼性の高い光学系を備えた発光装置を生産性良く製造することができる発光装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る発光装置の製造方法は、下記（１）〜（７）の構成により、上記目的を達成することができる。
（１） 光学部品を保持する保持部材と、前記光学部品の光軸方向に前記保持部材と嵌合して該保持部材を支持する支持部材と、前記光学部品に光を入射する光源を有する光源部と、を具備する発光装置の製造方法であって、前記保持部材と前記支持部材とを溶接する溶接工程を備え、該溶接工程において、前記保持部材および前記支持部材に形成される溶接部の面積を大きくすることにより、前記保持部材の前記光軸方向の位置を調整することを特徴とする。
（２） 前記支持部材は筒状体であって、一端が前記光源部と接合されており、前記溶接部の面積を大きくすることにより、前記保持部材が前記光源部に近づく方向に変位することを特徴とする。
（３） 前記支持部材は円筒状であって、前記保持部材は該支持部材に嵌入されており、前記溶接部は、前記支持部材上から貫通溶接することにより形成することを特徴とする。
（４） 前記溶接部は、前記光軸を中心として略等配された複数の箇所に同時形成することを繰り返して該面積を大きくすることを特徴とする。
（５） 前記溶接部は、前記光軸を中心として周回方向に該面積を大きくすることを特徴とする。
（６） 前記溶接部は、前記光軸に対して略垂直な１つの面上に形成することを特徴とする。
（７） 前記溶接部は、レーザ溶接により形成し、該レーザ溶接において、レーザ光を前記光軸に対し略垂直に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光装置の製造方法によれば、溶接に伴う保持部材の変位を制御し、該変位作用を利用して光学部品の光軸方向の位置を調整することができる。すなわち、溶接の増進つまり溶接部の形成量、面積を変化させることにより保持部材を精密に変位させ、光学部品の位置を高精度に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る発光装置およびその製造方法を説明する概略断面斜視図である。
【図２】実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略断面図である。
【図３】実施の形態に係る発光装置の製造方法の一例を示す概略斜視図である。
【図４】溶接回数と保持部材の変位との関係を示すグラフである。
【図５】溶接回数とパワー値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置およびその製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。特に、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、以下に記載されている実施の形態についても同様に、特に排除する記載が無い限りは各構成等を適宜組み合わせて適用できる。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置およびその製造方法を説明する概略断面斜視図である。図１に示す例の発光装置１００は、主として光源部１０と、光学部品２５を保持する保持部材２０と、該保持部材２０を支持する支持部材３０と、から構成されている。光源部１０は、基体１１の内部に半導体レーザ素子がステム上に実装された半導体レーザ装置である光源１５を保持している。保持部材２０は、コリメータレンズである光学部品２５を内部に保持する、例えばレンズホルダである。支持部材３０は、例えばスリーブなどの筒状体であって、保持部材２０が光軸４０（Ｚ軸）に沿って可動であるように、光学部品の光軸４０の方向に保持部材２０と嵌合されている。また支持部材３０は、光学部品の光軸４０と光源１５の中心軸とが一致するように予め調整され、その一端が光源部１０と接合されている。
【００１３】
上記のような構成において、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部の一部を溶接して両部材同士を固着する。この溶接工程において、溶接部５０には両部材の溶融、凝固により溶接ビードが形成される。この溶接部５０の形成により、保持部材２０の光軸４０方向への変位作用を奏させ、溶接部５０つまり溶接ビードの形成量、面積を変化させることによって、光学部品２５の光軸４０方向の位置を調整することができる。また本実施の形態のように、支持部材３０が光源部１０に接合されている場合、溶接部５０の形成により保持部材２０は、光源部１０に近づく方向に変位する傾向が見出されている。これは、溶接部５０の形成による構成部材の収縮によるものと考えられる。なお、１回の点状の溶接部５０（溶接点）の形成による保持部材２０の光軸方向への変位はサブミクロンオーダで可能であり、精密な位置調整が可能である。また、溶接部５０の形成により可能な保持部材２０の光軸方向への最大変位量は数μｍ〜数十μｍ程度であり、保持部材２０の光軸４０方向の位置の粗調整を予め行った状態で溶接することが好ましい。
【００１４】
以下、この溶接工程について詳述する。図２は、本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法の一例を説明する、溶接部における概略断面図である。また図３は、本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法の一例をより具体的に示す概略斜視図である。
【００１５】
本発明において、溶接方法は、溶接部５０つまり溶接ビードを１ｍｍ以下の径に絞ることができるものが好ましく、これにより精密な変位作用を奏させることができる。特に、精密かつ信頼性、生産性に優れるレーザ溶接により行うことが好ましい。レーザ溶接は、レーザ光を熱源とし、金属などに集光した状態で照射して局部的に溶融、凝固させることによって接合する方法である。なかでも、ＹＡＧレーザは集光性に優れ、また光ファイバを用いてスポット径を小さくすることができる。また更に集光性に優れる高出力のファイバレーザを用いてもよい。ＣＯ２レーザは出力を高めることができ、１ｍｍ以上の比較的肉厚の大きい金属も溶接することができる。このほか、電子ビーム溶接なども適用できる。
【００１６】
また図１，２に示すように、本発明における溶接は、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部において、その周部上からの貫通溶接により行うことが好ましい。貫通溶接は、複数の溶接部５０を形成する場合に、溶接点の位置精度に依存せず、各溶接部５０の形状が揃ったものとなりやすく、溶接による保持部材２０の光軸方向の変位作用を制御しやすい。このほか、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部の外縁をすみ肉溶接してもよい。
【００１７】
また、溶接部５０は、図２，３に示すように、光学部品２５の光軸４０を中心として周回方向に略等配された複数個所に同時形成することにより、保持部材２０の光軸方向への変位作用を制御しやすくなる。また光軸４０に垂直な方向の位置ずれを抑制する効果もある。また溶接をレーザ溶接により行う場合には、保持部材２０の変位がレーザ出力にも依存するため、各溶接部５０を同じレーザ出力で形成することで、変位作用の制御性を高めることができる。すなわち、光軸４０中心に向かって照射される各レーザ光を出力（強度）とその向きとを各々有するベクトルとして考えると、その各ベクトルの合成が零ベクトルとなることが好ましい。１回の溶接において同時形成する溶接部５０の数は限定されないが、特に１２０°間隔で等配されていることが好ましく、レーザ溶接では１２０°間隔で等配された３分岐のレーザ出射部（レーザ出射ポート）６０からレーザ照射を行うことが好ましい。
【００１８】
さらに好ましくは、まず光軸４０を中心として周回方向に略等配された複数個所に、同時に、第１の溶接部を形成する。次に、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部における第１の溶接部とは異なる部位に、新たに第２の溶接部を同様に形成する。そして、これを順次繰り返すことにより、溶接部５０の形成を増進させ溶接部５０の総面積を徐々に大きくしていくことで、溶接による保持部材２０の光軸方向への変位作用を好適に制御することができる。
【００１９】
なお、保持部材２０の光軸方向への変位作用は、溶接部５０の形成量、面積の変化に伴って生じるため、第１の溶接部と第２の溶接部とを離間して形成することで、効率良く変位作用を奏させることができる。ただし、例えば溶接をレーザ溶接により行う場合は、レーザ光の照射中心が離間していればよく、形成される円形状の溶接ビードの一部が、近隣の溶接部同士で重なり合っていてもよい。また保持部材２０を最適位置に調整するために必要な溶接部５０の形成量、数は未知であり、上記等配された複数個所への同時溶接を繰り返す場合には、第２の溶接部はその直前の第１の溶接部の近隣に形成することが好ましい。例えば保持部材２０又は支持部材３０の径が１０〜２０ｍｍ程度で、レーザ光のスポット径が３００〜５００μｍ程度の場合、保持部材２０と支持部材３０とを光軸４０を中心として２〜４°回転させて順次溶接を行う。
【００２０】
なお、この場合、溶接工程の少なくとも途中段階において、保持部材２０と支持部材３０の嵌合部の周部には、複数の溶接部５０が集合して形成された溶接領域５１と、未だ溶接されていない未溶接領域５５が交互に形成される。本発明では、溶接による光学部品２５の光軸方向の位置調整完了後において、上述の未溶接領域５５が残存していてもよい。このとき、溶接領域５１では、溶接部５０が第１の間隔（溶接部同士が重なり合って第１の間隔が０となる場合を含む）で分布しており、各溶接領域５１は第１の間隔より大きい第２の間隔（未溶接領域５５の幅）で互いに離間されている。このような未溶接領域５５を残存させることにより、全周を溶接する場合に比べて、溶接による残留応力を分散させて緩和することができる。なお、発光装置の耐環境性の観点においては、溶接部５０は３点以上形成することが好ましい。また保持部材２０と支持部材３０とはその全周を溶接する必要はないが、光学部品２５の最適位置への調整のため、結果的に略全周が溶接されてもよい。
【００２１】
図４は、レーザ照射角、つまり光軸４０に対して垂直な方向からのレーザ光の傾斜角が０°、−１５°、および＋３０°の場合において、ＹＡＧレーザによる溶接回数と保持部材２０の光軸方向の変位量との関係を各々示したグラフである。１回の溶接におけるレーザ照射条件は、出力０．９ｋＷ、照射時間（パルス幅）４ｍｓｅｃで、光軸４０を中心として１２０°間隔で等配された３ポートから同時照射するものであり、光軸４０を回転中心軸として周回方向に溶接を繰り返す。また、１〜５回目までの溶接と６〜１０回までの溶接とで、光軸４０に平行な方向に溶接箇所を変更している。なお、保持部材２０の光軸方向の変位は保持部材２０から光源部１０へ向かう方向をマイナス方向とし、レーザ光の照射角は光軸に垂直な面（Ｘ−Ｙ平面）から光源部１０側に傾斜する方向をマイナス方向とする。
【００２２】
図４に示すように、いずれのレーザ照射角においても、溶接により保持部材２０がマイナス方向へ変位する傾向が見て取れる。また図４から、光軸に平行な方向に溶接箇所を変更した１〜５回目の溶接と６〜１０回目の溶接とで、変位の傾向が若干ながら変化していることが伺え、保持部材２０の変位の方向や量は、保持部材２０と支持部材３０の嵌合部における光軸方向の溶接位置にも依存している。溶接部５０は、光軸４０に平行な方向に溶接部５０を増やしてもよいが、光軸４０を中心として周回方向に増やすほうが、保持部材２０の光軸方向への変位作用を制御しやすく、好ましい。さらに詳しくは、図２に示すように、光軸４０に対して略垂直な１つの面上に溶接部５０を形成することが好ましく、これにより比較的安定した光軸方向の変位作用が得られ、また溶接部５０の形成を小さい領域に収めることができる。例えば１回の溶接部の形成を終える毎に、嵌合された保持部材２０と支持部材３０とを光軸４０を中心軸として回転させ順次溶接を行い、これを繰り返せば、作業性が良い。
【００２３】
また図４を見れば、特にレーザ光の照射角０°で溶接した場合において、他の照射角−１５°および＋３０°の場合に比べて、保持部材２０のマイナス方向への変位が安定的に得られており、サブミクロンオーダの調整が制御性良く行えることがわかる。このように、溶接をレーザ溶接により行う場合、レーザ光を光軸４０に対して略垂直に照射すれば、保持部材２０の光軸方向への変位作用を制御しやすく、選択的に一方向に緩やかに変位させることができ、好ましい。ただし、本明細書でいう「略垂直」とは、上述した機能を実質的に発揮できればよく、例えば光軸４０に対して９０°±５°程度の範囲を含むものとすることができる。
【００２４】
なお、本発明の溶接による光学部品の光軸方向の位置調整は、調整治具等により保持部材２０が固定、支持されていない状態で行うことが好ましく、これにより残留応力の発生を抑制しながら光軸方向の変位作用を制御しやすくすることができる。例えば保持部材２０の一部を調整治具により支持した状態で粗調整および支持部材３０への仮溶接を行った後、該調整治具による保持部材２０の支持を解き、上述の溶接部５０の形成による光軸方向の位置調整を行うと良い。
【００２５】
以下、本発明の発光装置の製造方法における各部材、構成について説明する。
【００２６】
（光源部）
光源部１０は、少なくとも、光学部品２５に光を入射する光源１５と、該光源１５を内部に固定・保持する基体１１と、から構成される。光源１５は、半導体レーザ（ＬＤ：LASER Diode）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの半導体発光素子、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子、又はこれらの素子が実装された光源装置のほか、ハロゲンランプなどのランプ光源などを用いることができる。紫外光や短波長の可視光を発光可能な窒化物半導体発光素子は、高精度、高分解能の光学系に好適な光源であるが、他方そのような性能を実現するために高精度の光学調整が必要となるため、本発明の発光装置の製造方法が特に効果を奏する。
【００２７】
光源１５を保持する基体１１は、ステンレス鋼のほか、光源の放熱性、機械的強度、組立精度などの観点から、クラッド材、例えば鉄材料でクラッドした鋼材を用いて構成することができる。また、基体１１への光源１５の固定は、基体１１に光源１５と嵌合する凹部を設け、該凹部内に光源１５を嵌入してレーザ溶接により行う。このほかネジ止め及び／又は接着剤の塗布などにより固定してもよい。
【００２８】
（光学部品）
光学部品２５には、レンズ、ミラー、プリズム、光学フィルタなどの光学素子のほか、レーザロッドや波長変換用の非線形光学結晶などの光学結晶、あるいは光ファイバなどを用いることができる。特に、光学部品２５が開口数（ＮＡ）の高い（例えば０．４≦ＮＡ）コリメータレンズなどの場合、レンズの光軸方向の位置精度がビーム平行度の精度に大きく影響し高精度の位置調整が必要となるため、本発明の発光装置の製造方法が特に効果を奏する。このほか、例えば光学部品がミラーやプリズムなどの光偏向素子であって、レンズ等による集束光の焦点位置を高精度に調整することが必要な光学系などにも、本発明の発光装置の製造方法を適用できる。
【００２９】
（保持部材）
保持部材２０は、光学部品２５を保持する各種ホルダなどであり、例えば光学部品２５がレンズの場合にはそのレンズホルダ又は鏡筒である。保持部材２０は、少なくとも溶接可能な材料で構成され、例えばステンレス鋼（オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系）、鉄鋼材料（機械構造用炭素鋼、一般構造用圧延鋼）、スーパーインバー、コバールなどを用いることができ、特に温度依存性の点でスーパーインバー、コバール等が好ましい。溶接性、耐食性が優れ比較的安価なステンレス鋼も適している。保持部材２０は、光学部品２５の光軸４０を中心軸とする筒状体であって、その内部に光学部品２５を保持し、光学部品２５への入射光を光軸方向にそのまま透過させる形態であれば、光学系および発光装置の小型化を図ることができ好ましい。また保持部材２０が支持部材３０に嵌入する嵌合構造の場合、保持部材２０の外面の断面形状は、支持部材３０と嵌合し光軸４０の方向に比較的滑らかな変位、またその制御が可能なように、小さい表面粗さで加工しやすい円形が好ましい。またその嵌合構造において、保持部材２０の先端部を一時的に支持して保持部材２０の光軸方向の位置の粗調整を行う際には、図１に示すように、保持部材２０が支持部材３０より突出していることが好ましい。なお、保持部材２０への光学部品２５の固定は、保持部材２０の内面に光学部品２５の位置決めをするための突起部を設け、該突起部に光学部品２５を当接させ、接着剤の塗布などにより行う。
【００３０】
（支持部材）
支持部材３０は、光軸４０の方向に保持部材２０と嵌合して該保持部材２０を支持する部材であり、筒状体、各種スリーブなどである。支持部材３０は、溶接可能なように上述の保持部材２０と同様の材料により構成することができ、スーパーインバー、コバール等が好ましい。溶接性、耐食性が優れ比較的安価なステンレス鋼も適している。また保持部材２０が支持部材３０に嵌入する嵌合構造の場合、支持部材３０の内面の断面形状は、上述のように保持部材２０との嵌合のため円形であることが好ましい。さらに支持部材３０の周部を貫通溶接する場合には、外面も内面と同じ円形である円筒形が好ましい。特に内面と外面とが略同心円状、つまりその肉厚が部位に依らず略一定であることで、各溶接部５０の形状、深さが揃ったものとなりやすく、溶接による保持部材２０の光軸方向の変位作用を制御しやすい。なお、支持部材３０の溶接部５０を形成する部分の肉厚は、貫通溶接が可能な厚さにすることが好ましく、ＹＡＧレーザを使用する場合には０．３０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．２５ｍｍ以下とする。また図１，２に示すように、保持部材２０と支持部材３０との嵌合部において、支持部材３０に他の部位より肉厚の小さい薄肉部３１を設けて、該薄肉部３１において溶接部５０を形成するようにしてもよい。全体の肉厚を小さくするより、その一部を薄肉部３１とすることで、支持部材３０の加工時の面精度、および加工後の機械的強度を高めることができる。
【００３１】
また、保持部材２０と支持部材３０との嵌合構造は、保持部材２０の内部に光学部品２５を保持する場合が多く、発光装置の小型化のため、保持部材２０を支持部材３０に嵌入する形態が好ましいが、これに限らず、支持部材３０を保持部材２０に嵌入する構造であってもよい。
【００３２】
（光源部と支持部材の接合）
保持部材２０と支持部材３０とを光軸方向に嵌合させる場合、光源１５に対する光学素子２５の光軸４０に垂直な方向（Ｘ−Ｙ面内）の位置調整は、光源部１０と支持部材３０との位置関係をＸ−Ｙ方向に変化させて行う。光源部１０と支持部材３０とを接合する場合には、溶接を用いてもよい。例えば光学部品の光軸４０と光源１５の中心軸（光軸）とが一致するように調整した後、図１に示すように、光源部の基体１１と支持部材３０の接合部（界面）近傍の周部（側面）を溶接して固定する。保持部材２０と支持部材３０の嵌め合いは、例えば下記実施例では隙間が５〜３５μｍ（精転合；ＪＩＳ―Ｂ０４０１規格）程度の精密嵌め合いであって、光源１５に対する光学部品２５のＸ−Ｙ面内の位置精度は、この工程における調整および固定によりほぼ決定される。この溶接においても、レーザ溶接を用いることが好ましく、また光軸４０を中心として周回方向に略等配された複数個所を同時溶接することにより、溶接による位置ずれを抑制することができる。
【００３３】
なお、図１に示すように、溶接により変形を伴う光源部の基体１１や保持部材２０は、複数の部材で構成してもよい。すなわち、少なくとも、光源１５や光学部品２５を保持する内側の第１部材（１２，２１）と、該第１部材の外側にあって他の構成要素と溶接固定される部位を含む第２部材（１３，２２）と、から構成し、第１部材と第２部材とはネジ止めなど脱着可能な固定方法により接合する。これにより、内側の第１部材は、外側の第２部材に保護され、溶接による固着および変形を伴わず元の形状を維持できるため、溶接後も個別に取り出し再利用することができる。
【００３４】
（外部共振器型レーザ装置）
ホログラフィックデータストレージなど高密度光記録・再生装置用の光源として用いる波長可変の外部共振器型レーザ装置においては、光源１５として、出射側端面に反射防止膜（ＡＲコート：Anti-Reflection Coating）が設けられ、モニタ側端面に高反射率の反射膜が設けられた半導体レーザ素子をステムに実装した半導体レーザ装置を用いる。光学素子２５はコリメータレンズとし、該コリメータレンズの前方に回転機構搭載の回折格子を配置し、該回折格子にコリメータレンズからの平行光を照射して、その回折光の一部を選択的にレーザ素子に帰還させて、単一縦モードでレーザ発振させる。このような外部共振器型レーザ装置において安定したレーザ発振を得るには、コリメータレンズからの出射光が高精度の平行光である必要があり、本発明の溶接工程において、コリメータレンズを、その光軸方向の位置を調整して高精度のビーム平行度を達成すると共に、耐環境性良好に固定することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００３６】
本実施例の発光装置１００は、図１に示すような、半導体レーザ装置１５がレーザホルダ１１に固定された光源部１０と、コリメータレンズ２５を保持するレンズホルダ２０と嵌合かつ接合されたスリーブ３０から構成されるレンズユニット７０と、が接合されて構成される。半導体レーザ装置１５は、ステムに発光中心波長４０５ｎｍの窒化物半導体レーザ素子が実装されたものであり、コリメータレンズ２５によりその平行光を出射可能な光源装置である。
【００３７】
レーザホルダ１１は、ステンレス製であり、半導体レーザ装置１５を保持する円盤状の第１レーザホルダ１２と、その外縁を包囲するリング状の第２レーザホルダ１３と、からなっており、第１および第２レーザホルダ１２，１３はネジで互いに連結され、一体化されている。またレンズホルダ２０は、ステンレス製で、レーザホルダ１１と同様にコリメータレンズ２５を内部に保持する第１レンズホルダ２１と、その外側を包囲する筒状の第２レンズホルダ２２と、がネジで連結されて構成されている。スリーブ３０は、ステンレス製で、外径が１５ｍｍの円筒形であり、レーザ溶接部を形成するための肉厚０．２５ｍｍの薄肉部３１がその先端部に設けられ、該薄肉部３１以外の肉厚は０．９ｍｍである。このような発光装置１００において、光源部１０に対してレンズユニット７０を、次のようにＹＡＧレーザ溶接により位置調整し且つ接合する。
【００３８】
まず、図３に示すように、発光装置１００の光学調整をするための光学系を備える調整治具は、少なくとも、ＸＹＺ各軸の調整機構を備える第１および第２調整治具８０，９０と、ＹＡＧレーザ溶接するための複数のレーザ出射部６０を備えるレーザ出射光学部と、から構成されている。光源部１０を搭載する第１調整治具８０は、ＸＹＺ各軸回りの回転調整機構も備えている。そして、光源部１０を第１調整治具８０上に設置し、その光源部１０上にレンズユニット７０を搭載し、レンズホルダ２０の先端部を第２調整治具９０により保持させる。レーザ出射部６０は、第１調整治具８０上に設置した光源部１０およびレンズユニット７０に向かって、Ｚ軸回りに１２０°間隔で等配し、Ｚ軸に対して垂直にレーザ光を照射可能なように設置する。そして、第１および第２調整治具８０，９０により、発光装置１００の光軸角度（Ｘ−Ｙ軸）およびフォーカス（Ｚ軸）を予め調整しておく。
【００３９】
次に、光源部１０およびレンズユニット７０の接合界面の周部に、ＹＡＧレーザ光を出力２ｋＷ、照射時間（パルス幅）４ｍｓｅｃで照射し溶接する。レーザ溶接は３回（合計９箇所）程度行って、半導体レーザ装置１５に対するコリメータレンズ２５のＸ−Ｙ方向の位置を固定する。
【００４０】
最後に、Ｚ軸方向の調整、固定を次のように行う。第２調整治具９０をＺ軸方向に移動させ、レンズホルダ２０を光源部１０から離れる方向に所定量、例えば干渉計によるパワー値（ゼルニケ多項式のフォーカスの項の２倍；Power Term）の測定値で＋１．２λ（ＲＭＳ・λ）相当分オフセットさせる。なお、本実施例において、コリメータレンズ２５のＮＡは約０．６であり、上記パワー値における±０．１λの変化は、コリメータレンズ２５のＺ軸方向の±０．８μｍ程度の変位に相当する。その後、支持部材３０の薄肉部３１にＹＡＧレーザ光を出力２ｋＷ、照射時間４ｍｓｅｃで照射して貫通溶接した後、レンズホルダ２０を第２調整治具９０から開放する。このとき、まだ＋０．９λ程度のパワー値が残存している。このパワー値を０に近づけるため、第１調整治具８０をＺ軸回りに約３°回転調整させる毎に上記レーザ照射条件と同条件で貫通溶接を繰り返す。なお、このとき形成される１つの溶接ビードは直径が３００〜５００μｍ程度の円形状で、各溶接ビードの間隔（中心間距離）は３００〜５００μｍ程度である。
【００４１】
図５は、このときの溶接回数とパワー値（ビーム平行度）の変化との関係を示すものである。図５に示すように、溶接回数の増加すなわち溶接部５０の形成量、面積の増大に伴ってパワー値が緩やかに減少しており、溶接後のビーム平行度を観察することによって、Ｚ軸（光軸）方向において所望の位置精度に調整が可能である。また溶接回数の増加、つまり溶接部の面積の拡大に伴って、保持部材２０と支持部材３０との固着が次第に強固になるため、同条件で溶接を繰り返しても、１回の溶接によるパワー値の変化量、すなわち保持部材２０の光軸方向の変位量が徐々に小さくなっており、精密な位置調整を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の発光装置の製造方法およびそれにより製造される発光装置は、出射光に高精度の光学性能を要する光源、発光装置に好適であり、ホログラフィックデータストレージなど高密度光記録・再生装置用光源のほか、レーザディスプレイ、レーザプリンタ、光通信デバイスなどの光源に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…光源部（１１…基体（１２…第１部材、１３…第２部材）、１５…光源）
２０…保持部材（２１…第１部材、２２…第２部材）
２５…光学部品
３０…支持部材（３１…薄肉部）
４０…光軸
５０…溶接部
５１…溶接領域
５５…未溶接領域
６０…レーザ出射部
７０…レンズユニット
８０…第１調整治具
９０…第２調整治具
１００…発光装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品を保持する保持部材と、
前記光学部品の光軸方向に前記保持部材と嵌合して該保持部材を支持する支持部材と、
前記光学部品に光を入射する光源を有する光源部と、を具備する発光装置の製造方法であって、
前記保持部材と前記支持部材とを溶接する溶接工程を備え、
該溶接工程において、前記保持部材および前記支持部材に形成される溶接部の面積を大きくすることにより、前記保持部材の前記光軸方向の位置を調整することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記支持部材は筒状体であって、一端が前記光源部と接合されており、
前記溶接部の面積を大きくすることにより、前記保持部材が前記光源部に近づく方向に変位することを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記支持部材は円筒状であって、前記保持部材は該支持部材に嵌入されており、
前記溶接部は、前記支持部材上から貫通溶接することにより形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記溶接部は、前記光軸を中心として略等配された複数の箇所に同時形成することを繰り返して該面積を大きくすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記溶接部は、前記光軸を中心として周回方向に該面積を大きくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記溶接部は、前記光軸に対して略垂直な１つの面上に形成することを特徴とする請求項５に記載の発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記溶接部は、レーザ溶接により形成し、
該レーザ溶接において、レーザ光を前記光軸に対し略垂直に照射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１】
光学部品を保持する保持部材と、
前記光学部品の光軸方向に前記保持部材と嵌合して該保持部材を支持する支持部材と、
前記光学部品に光を入射する光源を有する光源部と、を具備する発光装置の製造方法であって、
前記保持部材と前記支持部材とを溶接する溶接工程を備え、
該溶接工程において、前記保持部材および前記支持部材に形成される溶接部の面積を大きくすることにより、前記保持部材の前記光軸方向の位置を調整することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記支持部材は筒状体であって、一端が前記光源部と接合されており、
前記溶接部の面積を大きくすることにより、前記保持部材が前記光源部に近づく方向に変位することを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記支持部材は円筒状であって、前記保持部材は該支持部材に嵌入されており、
前記溶接部は、前記支持部材上から貫通溶接することにより形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記溶接部は、前記光軸を中心として略等配された複数の箇所に同時形成することを繰り返して該面積を大きくすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記溶接部は、前記光軸を中心として周回方向に該面積を大きくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記溶接部は、前記光軸に対して略垂直な１つの面上に形成することを特徴とする請求項５に記載の発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記溶接部は、レーザ溶接により形成し、
該レーザ溶接において、レーザ光を前記光軸に対し略垂直に照射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２７６８４０（Ｐ２０１０−２７６８４０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２９０３７（Ｐ２００９−１２９０３７）
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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