JP2005266588A - Optical unit, optical unit manufacturing method, and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自由曲面形状の光学面を有する複数の光学素子を一体に構成する光学ユニットと、この光学ユニット製造方法、およびこの光学ユニットを内蔵する撮像用機器に関する。 The present invention relates to an optical unit in which a plurality of optical elements having an optical surface having a free-form surface shape are integrated, a method for manufacturing the optical unit, and an imaging device incorporating the optical unit.
デジタルカメラやカメラ付携帯電話等に内蔵される撮像装置として、共軸系の光学系を用いた撮像装置が多数出願されている。共軸系とは、光学系の光軸(撮像系の絞りと撮像画面の中心を結ぶ軸)に対して、レンズ等の光学素子が回転対称に設けられた光学系である。共軸系の撮像装置は、例えば、下記特許文献1〜3に開示されている。
Many imaging devices using a coaxial optical system have been filed as imaging devices incorporated in digital cameras, mobile phones with cameras, and the like. The coaxial system is an optical system in which optical elements such as lenses are provided in a rotationally symmetrical manner with respect to the optical axis of the optical system (the axis connecting the aperture of the imaging system and the center of the imaging screen). A coaxial imaging device is disclosed in, for example,
デジタルカメラやカメラ付携帯電話は、小型化、薄型化、高性能化する傾向にある。したがって、これらの撮像用機器に適用される撮像用機器も小型化、薄型化、高性能化する必要がある。撮像装置の大きさを小型化、薄型化するためには、共軸系の光学系を用いる場合、レンズの枚数を少なくする必要がある。しかし、レンズ枚数を減らすと光学系で発生する歪曲収差を抑えることが困難となり、画質が低下する。逆に、画質を向上させて撮像装置を高性能化するためには、レンズ枚数を増やす必要があり、撮像装置が光軸方向に大きくなってしまう。このように、共軸系の光学系を用いる撮像装置にとって、小型化、薄型化することと、高性能化することとは、逆の関係にあり、両立させることが難しい。 Digital cameras and camera-equipped mobile phones tend to be smaller, thinner and higher performance. Therefore, it is necessary to reduce the size, the thickness, and the performance of the imaging device applied to these imaging devices. In order to reduce the size and thickness of the imaging device, it is necessary to reduce the number of lenses when using a coaxial optical system. However, if the number of lenses is reduced, it becomes difficult to suppress distortion occurring in the optical system, and the image quality deteriorates. Conversely, in order to improve the image quality and improve the performance of the imaging apparatus, it is necessary to increase the number of lenses, and the imaging apparatus becomes larger in the optical axis direction. As described above, for an imaging apparatus using a coaxial optical system, there is an inverse relationship between downsizing and thinning and high performance, and it is difficult to achieve both.
これを解決するための1つの手段として、偏心光学系を使用した撮像装置が提案されている。例えば自由曲面形状に形成された光学面を有するプリズムを適用する撮像光学系によって構成される撮像装置が、下記特許文献4〜6に記載されている。 As one means for solving this problem, an imaging apparatus using a decentered optical system has been proposed. For example, Patent Documents 4 to 6 below describe image pickup apparatuses configured by an image pickup optical system to which a prism having an optical surface formed in a free-form surface is applied.
これらの特許文献4〜6に記載されている技術の狙いは、プリズムを使用して撮像光学系を形成し、プリズムの光入射面や光射出面、あるいは反射面に自由曲面を使用することによって、コンパクトでかつ画質の良い画像を得ることができる点である。特に、特許文献5や特許文献6では、2個のプリズムを組み合わせ、物体に近い方の第1光学素子の光入射面、反射面、光射出面、および撮像面に近い方の第2光学素子の光入射面、2つの反射面、光射出面、の合計7面の全てに自由曲面を使用することが記載されている。 The aim of the techniques described in these Patent Documents 4 to 6 is to form an imaging optical system using a prism and to use a free-form surface for the light incident surface, light exit surface, or reflecting surface of the prism. In other words, a compact and high-quality image can be obtained. In particular, in Patent Document 5 and Patent Document 6, two prisms are combined, and the second optical element closer to the light incident surface, reflecting surface, light exit surface, and imaging surface of the first optical element closer to the object. It is described that free-form surfaces are used for all seven surfaces including the light incident surface, the two reflecting surfaces, and the light emitting surface.
特許文献7に記載の組み合わせ光学素子は、2つの光学素子(プリズム)を有している。光学素子は、光学的作用を有する3つの面、および対向する2つの側面を有している。光学的作用を有する面のうちの1つは、曲面であって、1つの対称面に対してのみ面対称(回転非対称な非球面)に形成されている。第1光学素子は、第1面から入射された光を第2面で全反射し、第2面で反射された光を第3面で反射し、第3面で反射された光を第2面に透過させて射出する。第2光学素子は、第1光学素子の第3面と同一形状に形成された第5面に第4面から入射される光を透過させる。 The combination optical element described in Patent Document 7 has two optical elements (prisms). The optical element has three surfaces having an optical action and two opposite side surfaces. One of the surfaces having optical action is a curved surface, and is formed so as to be plane-symmetric (rotationally asymmetric) with respect to only one symmetry plane. The first optical element totally reflects light incident from the first surface on the second surface, reflects light reflected on the second surface on the third surface, and reflects light reflected on the third surface to the second surface. Inject through the surface. The second optical element transmits light incident from the fourth surface to a fifth surface formed in the same shape as the third surface of the first optical element.
第1および第2光学素子のそれぞれの2つの側面には、位置決め部として突出部が設けられている。第1および第2光学素子は、突出部どうしを用いて位置合せ固定されている。2つの光学素子(プリズム)の対向する第3面と第5面(曲面)間には、間隙が設けられており、接着材が充填されている。 Protruding portions are provided as positioning portions on the two side surfaces of the first and second optical elements, respectively. The first and second optical elements are aligned and fixed using protrusions. A gap is provided between the third and fifth surfaces (curved surfaces) of the two optical elements (prisms) facing each other, and is filled with an adhesive.
また、この光学素子は、望遠鏡や双眼鏡などの観察系に適用され、観察者に対して外界からの画像情報に表示手段の画像情報をスーパーインポーズさせて同一視野に映し出す。
しかしながら、特許文献4〜7に記載の撮像装置のように、自由曲面を有するプリズムを用いた偏心光学系を複数組み合わせて光学ユニットを構成する場合、特許文献1〜3に記載されているような共軸光学系の光学ユニットを構成する際に利用される筒状のレンズ枠を利用することができず、アライメントが難しい。そして、各プリズムを精度よく組み合わせるために複雑な構成の保持部材を設けると、撮像装置としてプリズム以外にこの保持部材を収容する空間がプリズムの周辺に新たに必要となる。
However, when an optical unit is configured by combining a plurality of decentered optical systems using prisms having free-form surfaces, as in the imaging devices described in Patent Documents 4 to 7, as described in
したがって、偏心光学系を採用して撮像光学系が占有する容積を小さくしても、撮像光学系を保持する機構が占有する容積が別途必要となることで、撮像装置全体としての小型化、薄型化の効果が薄れてしまう。そして、組み合わせるプリズムが小さくなればなるほど、絶対寸法における高い寸法精度が必要となり、これを満足する保持部材の機構もさらに高度なものが必要となる。特に、特許文献7に記載の光学素子は、観察者の視野を横切って配置される観察系に適用することを前提としており、可能な限り小型化しようとするものではない。つまり、デジタルカメラやカメラ付携帯電話など、小型化、薄型化しようとする撮像用機器に組み込まれる撮像装置の光学系を小型化する上で、組立作業における光学素子のハンドリングを考慮したものではない。 Therefore, even if the volume occupied by the imaging optical system is reduced by adopting the decentration optical system, the volume occupied by the mechanism that holds the imaging optical system is required separately, thereby reducing the size and thickness of the entire imaging apparatus. The effect of conversion will fade. As the prism to be combined becomes smaller, higher dimensional accuracy in absolute dimensions is required, and a more advanced mechanism for the holding member that satisfies this requirement is required. In particular, the optical element described in Patent Document 7 is premised on application to an observation system arranged across the observer's field of view, and is not intended to be as small as possible. In other words, it does not take into account the handling of optical elements in assembly work when downsizing the optical system of an imaging device incorporated in an imaging device to be reduced in size or thickness, such as a digital camera or a mobile phone with a camera. .
そこで、本発明は、自由曲面形状の光学面を有する光学素子が小さい形状であっても簡単な構造で確実に位置決めして組み立てることのできる光学ユニットと、この光学ユニット製造方法、およびこの光学ユニットを備える撮像用機器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an optical unit that can be reliably positioned and assembled with a simple structure even if the optical element having an optical surface having a free-form surface has a small shape, this optical unit manufacturing method, and this optical unit An object of the present invention is to provide an imaging device comprising:
本発明に係る光学ユニットは、開口部が形成された支持部材を挟んで2つの光学素子が一体に固定される。光学素子は、光入射面と、光反射面と、自由曲面形状に形成されて少なくとも1つの光反射面と、これら以外の非光学面と、非光学面から突出して形成される少なくとも1つの凸片とを有する。凸片は、2つの光学素子を相対的に位置決めする場合に用いられ、2つの光学素子が互いに固定された後で、切断除去する。 In the optical unit according to the present invention, two optical elements are fixed integrally with a support member having an opening formed therebetween. The optical element includes a light incident surface, a light reflecting surface, at least one light reflecting surface formed in a free-form surface, other non-optical surfaces, and at least one convex formed protruding from the non-optical surfaces. And have a piece. The convex piece is used when the two optical elements are relatively positioned, and is cut and removed after the two optical elements are fixed to each other.
また、本発明に係る光学ユニット製造方法は、光束が通過する開口部を有する支持部材を挟んで2つの光学素子を一体に固定するために、光学素子と支持部材との間にそれぞれ接着材を塗布する接着材塗付工程と、一方の光学素子の非光学面に形成された凸片を保持し、支持部材を挟んで、他方の光学素子の非光学面に形成された凸片を一方の光学素子の凸片に向けて付勢する位置決め工程と、支持部材に2つの光学素子が固定された後で、2つの光学素子の凸片をそれぞれ切断する切断工程とを備える。 In the optical unit manufacturing method according to the present invention, in order to fix the two optical elements integrally with the support member having an opening through which the light beam passes, an adhesive material is provided between the optical element and the support member. The adhesive coating step to be applied, and the convex piece formed on the non-optical surface of one optical element are held, and the convex piece formed on the non-optical surface of the other optical element is sandwiched between A positioning step of urging the optical element toward the convex piece; and a cutting step of cutting the convex pieces of the two optical elements after the two optical elements are fixed to the support member.
そして、本発明に係る撮像用機器は、本発明の光学ユニットと、この光学ユニットを含む結像光学系の結像面に受光面が配置されてこの結像光学系によって形成される物体像を電気信号に変換する撮像素子と、この撮像素子から得られる電気信号に所定の電気的処理を施して画像データを得る処理手段と、適用された情報記録媒体に処理手段からの画像データを記録する記録手段とを有する。 The imaging apparatus according to the present invention includes an optical unit according to the present invention and an object image formed by the imaging optical system in which a light receiving surface is disposed on the imaging surface of the imaging optical system including the optical unit. An image sensor that converts to an electrical signal, a processing unit that obtains image data by applying predetermined electrical processing to the electrical signal obtained from the image sensor, and image data from the processing unit is recorded on the applied information recording medium Recording means.
本発明に係る光学ユニットによれば、光学素子のそれぞれに形成される凸片を用いて2つの光学素子を相対的に位置決めし、支持部材に光学素子が固定された後で凸片を切断除去するので、凸片を光学素子に形成する簡単な構造で、光学素子が小さい形状であっても確実に位置決めして組み立てることができる。 According to the optical unit of the present invention, the two optical elements are relatively positioned using the convex pieces formed on the optical elements, and the convex pieces are cut and removed after the optical elements are fixed to the support member. Therefore, with a simple structure in which the convex piece is formed on the optical element, even if the optical element has a small shape, it can be reliably positioned and assembled.
また、本発明に係る光学ユニット製造方法によれば、一方の光学素子の非光学面に形成された凸片に対して他方の光学素子の非光学面に形成された凸片を付勢するので、光学面に直接触れることなく小さな光学素子を容易に精度よく組み立てることができる。 In addition, according to the optical unit manufacturing method of the present invention, the convex piece formed on the non-optical surface of the other optical element is biased against the convex piece formed on the non-optical surface of one optical element. Small optical elements can be easily and accurately assembled without directly touching the optical surface.
そして、この光学ユニットを備える撮像用機器は、結像光学系がコンパクトであるため、小型化、薄型化しやすい。 And since the imaging optical system provided with this optical unit has a compact imaging optical system, it is easy to make it smaller and thinner.
本発明に係る第1の実施形態の光学ユニットを撮像用機器の一例であるカメラ付携帯電話に適用し、図1から図10を参照して説明する。図1に示すカメラ付携帯電話100は、ヒンジ101で2つに折畳み可能な筐体102,103を有している。カメラ付携帯電話100は、筐体102,103を折畳んだ状態で外側から見える位置に、撮像ユニット1に入射される被写体(物体)からの光束λiが通過する撮像窓104が設けられている。
The optical unit of the first embodiment according to the present invention is applied to a camera-equipped mobile phone as an example of an imaging device, and will be described with reference to FIGS. A camera-equipped
カメラ付携帯電話100は、図2に示すように、撮像機能の主な構成として、撮像ユニット1、処理手段としての画像処理回路105、記録手段としての記録部106を内蔵し、撮像窓104と反対側の筐体102の外面に表示部107が設けられている。また、撮像を行なうための操作ボタンなどが筐体102,103の図示されていない外表面、例えば、折畳まれて内側となる部分や筐体102,103の外周縁部に設けられている。
As shown in FIG. 2, the camera-equipped
撮像ユニット1は、図3に示すように、光学ユニット10とケース20と撮像素子30と固定枠40とを備える。光学ユニット10は、第1光学素子11と第2光学素子12と支持部材13とを備える。第1光学素子11と第2光学素子12とは、光学素子の一形態であって、支持部材13を挟んで取り付けられている。
As shown in FIG. 3, the
第1光学素子11は、第1光入射面11aと第1光反射面11bと第1光射出面11cとを備える。第1光学素子11は、第1光反射面11bが1つの対称面(鏡像面)を有する回転非対称の自由曲面形状に形成された偏心プリズムである。第2光学素子12は、第2光入射面12aと2つの第2光反射面12b,12cと第2光射出面12dとを備える。第2光学素子12は、2つの第2光反射面12b,12cがそれぞれ1つの対称面を有する回転非対称の自由曲面形状に形成された偏心プリズムである。第1光学素子と第2光学素子のそれぞれの対称面は、同一平面に設定される。
The first
支持部材13は、図6に示すように、第1光学素子11と第2光学素子12との間に挟まれる部分に開口部として絞り孔13aを備えており、絞り板を兼ねている。また、第1光入射面11a側の支持部材13の縁には、内側からケース20と嵌合する嵌合凸部13bが形成されている。
As shown in FIG. 6, the
物体からの光束λiは、図2に示すように第1光入射面11aから入射し、第1光反射面11bで反射された後、第1光射出面11cから射出される。第1光学素子11から射出された光束λmは、絞り孔13aを通過して第2光入射面12aから第2光学素子12に入射し、2つの第2光反射面12b,12cで反射した後、第2光射出面12dから射出される。そして、第2光射出面12dから射出された光束λoは、結像面14に物体像を形成する。また、これらの光束λi,λm,λoの光軸は、第1光反射面11b、第2光反射面12b,12cにそれぞれ設定される対称面上を通る。
As shown in FIG. 2, the light beam λi from the object is incident from the first
ケース20は、光学ユニット10を保持するとともにこの光学ユニット10を覆い、第1光学素子11と第2光学素子12とが並ぶ方向に長い直方体状の箱形に外形形状が形成されており、結像面14側が開口している。結像面14側と反対側になるケース20の入射側壁20aには、物体からの光束λiを通過させる入射窓21と、支持部材13に設けられた嵌合凸部13bが差し込まれる嵌合孔22とが形成されている。入射窓21には、カバーガラス23が嵌め込まれている。
The
また、ケース20は、第1光学素子11と第2光学素子12とが並ぶ方向に沿って設けられた1対の横壁20b,20cと入射側壁20aとの角部から入射側壁20aに沿って互いに離れる外側に向かって延びる1対のケース支持片24を備えている。ケース支持片24は、撮像ユニット1を組み立てる際に使用され、板厚方向に貫通するケース位置決め孔24aが基部に設けられている。
In addition, the
撮像素子30は、撮像素子用基板31に実装されており、受光面30aが結像面14に配置される。撮像素子30は、例えばフォトトランジスタなど光を電気信号に変換する半導体素子が受光面30aに多数並べられたCCD(Charge-coupled device)である。撮像素子用基板31には、撮像素子30と画像処理回路105との間の連係を取る画像素子IF(インターフェース)回路などが実装される。撮像素子用基板31は、固定枠40に対して光学ユニット10と反対側に装着されており、第1光学素子11側の縁から画像処理回路105に接続されるフレキシブルコネクタ33が取り付けられている。
The
固定枠40は、撮像素子30が実装された撮像素子用基板31を保持し、ケース20の開口部20dを覆う十分な大きさを有しており、撮像素子30の受光面30aに対応する位置に射出窓41が形成されている。射出窓41は、第2光射出面12dから射出される光束λoを撮像素子30の受光面30aに向けて通過させる。固定枠40は、固定枠支持片である第1支持片42と第2支持片43とを備える。第1支持片42は、第2光学素子11側の端部から第1光学素子11と第2光学素子12とが並ぶ方向に延びている。第2支持片43は、第1光学素子11側の側部両端から互いに離れる方向に延びており1対に設けられている。第1支持片42と第2支持片43とは、撮像ユニット1を組み立てる際に使用される。第1支持片42は、板厚方向に貫通する固定枠位置決め孔42aが基部に設けられている。
The fixed
また、固定枠40は、ケース20の第1光学素子11側の第1側壁20eおよび第2光学素子12側の第2側壁20fよりも外側となる位置に、第1側壁20eおよび第2側壁20fに沿ってケース20側に向かって延びる固定片44を有する。固定片44と対向する第1側壁20eおよび第2側壁20fの外面には、第1接着面25e,25fがそれぞれ設けられている。本実施形態において、第1接着面25e,25fは、光学ユニット10の結像面14に対して垂直に設けられている。固定片44側には、第1接着面25e,25fに沿って平行に延びる第2接着面44e,44fがそれぞれ設けられる。ケース20と固定枠40との間は、光学ユニット10の結像面14と撮像素子30の受光面30aとが位置決めされる状態で、図2、および図4に示すように、間隙Cが形成される。
Further, the fixed
ケース20と固定枠40とは、この間隙Cを維持したまま、図5に示すように、第1合成樹脂51および第2合成樹脂52によって互いに固定される。第1合成樹脂51は、図4および図5に示すように、第1接着面25e,25fと第2接着面44e,44fとの間に充填されている。本実施形態において、第1合成樹脂51は、外的因子となる紫外線が照射されることで硬化する紫外線硬化型の合成樹脂であり、特に、硬化することで膨張または収縮の体積変化が極めて少ないものが好ましい。なお、紫外線硬化型の合成樹脂は、一般に十分な遮光性を期待できないものが多い。したがって、ケース20と固定枠40との間隙Cを紫外線硬化型の合成樹脂によって充填する場合、撮像素子30の受光面30aへ入射される迷光がケース20の外部から入り込むことを防止しなければならない。本実施形態においては、固定片44は、ケース20と固定枠40との接着強度を増加させる役割を有するだけでなく、紫外線硬化型樹脂を使用する場合における遮光性の不足を補う役割も果たしている。
The
第2合成樹脂52は、図4に示すように、ケース20の開口部20d側の縁とこれに対向する固定枠40との間に形成される間隙Cを塞ぐように充填されている。第2合成樹脂52は、第1合成樹脂51よりも硬化速度が遅い合成樹脂である。また、第2合成樹脂52は、第1合成樹脂51に比べて不透明な遮光性に優れた合成樹脂を用いることが好ましい。さらに、第2合成樹脂52の性質として、硬化による体積変化が極めて少ないこと、第1合成樹脂51よりも接着強度が高いことが好ましい。
As shown in FIG. 4, the second
以上のように構成された撮像ユニット1は、ケース支持片24と第1支持片42と第2支持片43とがそれぞれ把持されて結像面14と受光面30aとの相対位置が最適となるようにケース20と固定枠40との位置決め調整がなされる。第2合成樹脂52が硬化した後、ケース支持片24と第1支持片42と第2支持片43とが図5に示すように切除され、撮像ユニット1の外形形状は、直方体状の箱形となる。
In the
このように、本実施形態の撮像ユニット1によれば、受光面30aに対して結像面14が位置決めされる状態でケース20と固定枠40との間に間隙Cが設けられている。この間隙Cの大きさを維持したまま第1合成樹脂51および第2合成樹脂52が間隙Cに充填され、ケース20と固定枠40とが互いに固定される。撮像ユニット1は、結像面14と受光面30aとの設計されている相対位置関係に対して、微調性を行なうことが可能であり、簡単な構造で結像面14と受光面30aとの位置決めを行なうことができる。
Thus, according to the
図3および図4に示したように、光学ユニット10の第1光学素子11と第2光学素子と12は、側部の非光学面11e,11f,12e,12fにそれぞれ切断痕11m,11n,12m,12nを有している。非光学面11e,11f,12e,12fは、第1光入射面11aに入射される光束λiおよび第2光射出面12dから射出される光束λoの光軸が通る面(光軸面λ)と平行に設けられている。切断痕11m,11n,12m,12nは、図6に示すように、第1光学素子11の非光学面11e,11fに設けられていた第1凸片11g,11h、および第2光学素子12の非光学面12e,12fに設けられていた第2凸片12g,12hが、後述する光学ユニット製造方法における切断工程S3(図13参照)で、レーザ光Aによって切断された痕跡である。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the first
図6に示すように、第1凸片11g,11hは、第1光射出面11c寄りに1対配置され、第2凸片12g,12hは、第2光入射面12a寄りに1対配置されている。第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hは、図7に示すように、絞り孔13aを通過する光束λmの光軸からそれぞれ互いに反対方向へ離れる方向へ延びている。また、図9に示すように、第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hは、光束λmの光軸と平行で光軸面λと直交する同一平面(凸片配置面α)上に配置されている。第1凸片11g,11hの第1光入射面11a側の第1面11iとこの第1面11iと反対側の第2面11jとは、第1光射出面11c側から第1光反射面11b側に向かうにしたがって互いに徐々に近づくテーパ状に形成されている。第1面11iと第2面11jは、後述する光学ユニット製造方法において、位置決めされるときの基準面となる。なお、第1面11iと第2面11jは、凸片配置面αと平行に設けられていても良い。この場合は、第1光反射面11b側の第3面11kが基準面となる。
As shown in FIG. 6, the first
第1凸片11g,11hには、第2凸片12g,12hに向かって近接するボス15a,15bが設けられている。第1光学素子11と第2光学素子12とが互いに位置決めされた状態で、ボス15a,15bの先端15c,15dは、第2凸片12g,12hと接触せずにわずかに隙間dを有している。この隙間dは、図8に示すように、どちらか一方のボス15a,15bが第2凸片12g,12hと接触しても、第1光学素子11と第2光学素子12との光軸ずれ許容公差θの範囲内に納まる程度の大きさに設定されている。ボス15a,15bの先端15c,15dは、図10に示すように球状に形成すると、隙間dを設定しやすい。
なお、ボス15a,15bは、第2凸片12g,12hから第1凸片11g,11hに向かって突設されていてもよいし、第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hからそれぞれ接近するように突設されていてもよい。さらに、ボス15a,15bを設ける代わりに、直接第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hが互いに隙間dを有して接近していても良い。
The
また、本実施形態において、光学ユニット10を撮像用機器であるカメラ付携帯電話100に適用した場合を一例に説明したが、これに限らず光学ユニット10をデジタルカメラや、撮像素子を備えるカメラユニットなどに適用することで、コンパクトなデジタルカメラや、カメラユニットを提供することができる。
In the present embodiment, the case where the
撮像ユニットに組み込まれる光学ユニットとして、偏心光学系の光学ユニット10を採用すると、以下に述べる効果が期待される。
(1)3面ある反射面には、パワー(屈折力)を有する自由曲面を使用しているが、これらの反射面は、レンズ等の屈折光学系に比べて大きなパワーを得ることができると同時に色収差の影響を受け難い。
(2)コンパクトな空間内に7面の光学面を配置することができる。つまり、限られた空間内に光学要素を凝縮して設定することができる。
(3)光学性能を高めるには、光学系全体の光路長をある程度長くすることが望ましいが、このようなプリズム光学系を使用することにより、光路を折り曲げていることによって、光路長は、長いが全体の大きさをコンパクトにすることができる。
以上のように、光学ユニット10は、コンパクトでありながら画質を高めることを両立させる。
When the
(1) A free-form surface having power (refractive power) is used for the three reflecting surfaces. However, these reflecting surfaces can obtain a larger power than a refractive optical system such as a lens. At the same time, it is hardly affected by chromatic aberration.
(2) Seven optical surfaces can be arranged in a compact space. That is, the optical elements can be condensed and set in a limited space.
(3) In order to improve optical performance, it is desirable to lengthen the optical path length of the entire optical system to some extent, but by using such a prism optical system, the optical path length is long by bending the optical path. However, the overall size can be made compact.
As described above, the
次に、本発明に係る第2の実施形態の光学ユニット製造方法について、第1の実施形態の光学ユニット10に適用した場合を一例に図11から図14を参照して説明する。本実施形態の光学ユニット製造方法は、支持部材13を挟んで第1光学素子11と第2光学素子12とを一体に位置決め固定する製造工程の範囲である。光学ユニット10については、第1実施形態において説明したので、同一符号を付してその説明を省略する。
Next, the optical unit manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 14 by taking as an example a case where it is applied to the
光学ユニット製造方法は、接着材塗付工程S1と位置決め工程S2と切断工程S3とを有している。接着材塗付工程S1および位置決め工程S2においては、位置決め装置260が使用され、切断工程S3においてはレーザ切断装置270が使用される。まず、位置決め装置260およびレーザ切断装置270について以下に説明する。
The optical unit manufacturing method includes an adhesive application step S1, a positioning step S2, and a cutting step S3. In the adhesive application step S1 and the positioning step S2, the
位置決め装置260は、図11および図12に示すように、プリズム受台261と押付機構262とを備えている。プリズム受台261と押付機構262とは、鉛直方向に配置され、これらの間に第1光学素子11、支持部材13、第2光学素子12が挟まれる。このように、位置決め装置260は、絞り孔13aを通過する光束λmの光軸を鉛直方向に向けて第1光学素子11と第2光学素子12との位置決めを行なうように設けられている。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
プリズム受台261は、基部から鉛直方向に上方へ延びる1対の保持治具263を備えている。保持治具263は、第1光学素子を位置決めする位置決め治具である。保持治具263の上端263aには、切欠263bが設けられている。切欠263bは、第1光学素子11の第1凸片11g,11hの外形に合せて形成されている。本実施形態においては、第1凸片11g,11hの第1面11iと第2面11jとがテーパ状に形成されており、切欠263bは、このテーパ角度に合せて内面が第1面11iと第2面11jとに当接するように形成されている。第1凸片11g,11hが切欠263bに支持されることによって、第1光学素子11は、第1光射出面11cを上に向けた姿勢で保持治具263にセットされる。
The
押付機構262は、プリズム受台261の鉛直方向上方に配置され、プリズム受台261に向かって下方に延びる押付治具264を備えている。押付治具264は、第2光学素子を位置決めする位置決め治具である。押付治具264の先端264aは、第2光入射面12aを下に向けた姿勢で位置決め装置にセットされた第2光学素子12の第2光反射面12bに面した第2凸片12g,12hの端面12iに当接する。端面12iは、第2光学素子12を位置決めするための基準面となる。
The
レーザ切断装置270は、図13に示すレーザ照射ノズル271とプリズムクランプ272とを備える。また、レーザ切断装置270は、レーザ発振器、レーザ伝送路、クランプ反転機構、エアーブロア、ノズル位置決め機構などを備える。レーザとして、CO2レーザ、COレーザ、YAGレーザなどを適用することができる。
The
プリズムクランプ272は、ベース部273と押えプレート274とエアシリンダ275とを備える。ベース部273には、第2光射出面12d側の支持部材13の縁13cを支持するリブ273aが形成されている。押えプレート274には、支持部材13の嵌合凸部13bと嵌合する保持部274aが形成されている。エアシリンダ275は、シリンダ部275aがベース部273に固定され、ピストン275bの先端には押えプレート274が取り付けられている。
The
プリズムクランプ272は、第1光学素子11と第2光学素子12とが取り付けられた支持部材13を第1光入射面11a側および第2光射出面12d側からエアシリンダ275を駆動させてリブ273aと保持部274aとで挟み込む。また、押えプレート274は、支持部材13と同じ幅か、やや幅広に設けられており、レーザ照射ノズル271から出射されるレーザ光Aが第1光学素子11および第2光学素子12に直接照射されないようにするための保護も兼ねている。
The
なお、プリズムクランプ272は、第1凸片11g,11hと第2凸片12g,12hの基部を切断するべく、レーザ照射ノズル271から出射されるレーザ光Aの焦点位置に光学ユニット10を位置決めできるものであれば良い。つまり、図13に示した上述の構成に限らず、第1凸片11g,11hと第2凸片12g,12hとを切断できるように光学ユニット10を保持および反転できる構成を有していることが好ましい。例えば、エアシリンダ275の代わりにソレノイドによって駆動するプリズムクランプでも良い。
The
また、片側の第1凸片11g(11h)と第2凸片12g(12h)を切断した後反対側の第1凸片11h(11g)と第2凸片12h(12g)を切断するために、クランプ反転機構は、光学ユニット10を鉛直軸を中心に旋回させても良いし、あるいは水平軸を中心に裏返しても良いし、レーザ照射ノズル271を移動させても良い。さらに、切断工程S3における光学ユニット10の姿勢は、図13に示したように第1光学素子11と第2光学素子12とが水平横置きであっても良いし、図11に示した位置決め工程S2の姿勢のままでも良い。
In order to cut the first
上述の位置決め装置260およびレーザ切断装置270を使って施工される光学ユニット製造方法の手順について図14に示すフローチャートに基づいて説明する。
接着材塗付工程S1と位置決め工程S2とは、並行して施工される。まず、第1凸片を保持治具263の切欠263bに嵌合させて、第1光学素子11をプリズム受台261にセットする(S10)。次に、第1光学素子11の第1光射出面11cにディスペンサ266によって適量の接着材が塗布される(S20)。ディスペンサ266を邪魔にならない位置まで後退させた後、支持部材13を第1光学素子11の上に載せる(S30)。
The procedure of the optical unit manufacturing method constructed using the
The adhesive application step S1 and the positioning step S2 are performed in parallel. First, the first convex piece is fitted into the
再びディスペンサ266を近づけて、第2光入射面12aが当接する範囲の支持部材13に適量の接着材を塗布する(S40)。接着材を塗布したら、ディスペンサ266を退避させ、第2光学素子12を支持部材13の上に載せる(S50)。押付機構262を上方から接近させて押付治具264の先端264aで第2凸片12g,12hを第1凸片11g,11hに向かって付勢する(S60)。第1光学素子11と支持部材13、支持部材13と第2光学素子12のそれぞれ当たり面は、互いに押し当てられることによって第1光学素子11と第2光学素子12との位置決めがなされるように形成されている。
The
図11に示すように第1光学素子11と第2光学素子12とが支持部材13を挟むように付勢されている状態で、接着材が硬化することで、第1光学素子11と第2光学素子12とが支持部材13を挟んだ状態で一体化される。接着材には、押付治具264で第2光学素子12を押し付けるまで硬化しない十分な硬化時間を有するものを使用する。
As shown in FIG. 11, the first
接着材は、外的因子によって硬化速度を調整できる、例えば紫外線硬化型の接着材を使用すると、接着材が硬化するまでの時間を積極的に調整することができるので、位置決め装置260の動作に応じて、接着材を硬化させるタイミングを調整しやすい。接着材の外的因子には、紫外線のほか温度や酸素、あるいは接着材の硬化を促進させるガス、空気中の水分などを適用することが可能であり、接着材もそれに応じた接着材を選択することが可能である。 For the adhesive, the curing speed can be adjusted by an external factor. For example, when an ultraviolet curable adhesive is used, the time until the adhesive is cured can be positively adjusted. Accordingly, it is easy to adjust the timing for curing the adhesive. As external factors for adhesives, it is possible to apply temperature, oxygen, gas that promotes curing of adhesives, moisture in the air, etc. in addition to ultraviolet rays, and adhesives can be selected accordingly. Is possible.
なお、接着材塗付工程S1は、位置決め工程S2と並行させずに、予め行なっておいても良いし、図11に示す状態で後から行なっても良い。この場合、接着材は、ディスペンサ266によって横から注入される。この場合、接着材は、第1光学素子11と支持部材13、支持部材13と第2光学素子12との間に毛細管現象によって広がりやすい(浸透しやすい)、粘性の低いものが好ましい。
The adhesive application step S1 may be performed in advance without being performed in parallel with the positioning step S2, or may be performed later in the state shown in FIG. In this case, the adhesive is injected from the side by the
接着材が硬化して、第1光学素子11と第2光学素子12とが支持部材13に固定されると、光学ユニット10は、位置決め装置260から取外され(S70)、切断工程S3に移行する。切断工程S3では、まず、図13に示すように、支持部材13がプリズムクランプ272に保持されることで、光学ユニット10は、レーザ切断装置270に装着される(S80)。この状態で、図13に示すように、第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hが切断される(S90)。なお、切断工程S3では、レーザ光Aで切断する代わりに、鋼線に砥粒を付着させたワイヤカッタや、ディスクに砥粒を付着させたディスクカッタで第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hを切断しても良い。
When the adhesive is cured and the first
第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hが切断された光学ユニット10は、この後、図4に示すようにケース20に収められる(S100)。また、光学ユニット10の結像面14が撮像素子30の受光面30aと一致するように、ケース20は、撮像素子30が取り付けられた固定枠40と位置決め(S110)固定されて(S120)、第2合成樹脂52が硬化した後(S130)、ケース支持片および第1支持片、第2支持片が切断されて(S140)図5に示す撮像ユニット1が完成する。
The
上述の光学ユニット製造方法によれば、光学素子となる第1光学素子11および第2光学素子12に、予め位置決め保持用の第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hを設けて、第1光学素子11と第2光学素子12の位置決め固定を行なった後、第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hを切断除去するので、最終的な光学ユニット10の外形寸法が小さい場合にも、ハンドリング性に優れ、かつ、容易に精度よく位置決めを行なうことができる。
According to the optical unit manufacturing method described above, the first and second
また、本発明の光学ユニット10は、第1光学素子11の非光学面11e,11fに第1凸片11g,11hを形成し、第2光学素子12の非光学面12e,12fに第2凸片12g,12hを形成して、これら第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hを用いて第1光学素子11と第2光学素子12とを位置決めするので、第1光学素子11および第2光学素子12が小さくなっても、位置決めを精度よく行うことができる。また、これら第1凸片11g,11hおよび第2凸片12g,12hは、第1光学素子11および第2光学素子12が互いに位置決め固定された後、切断除去されるので、撮像ユニット1を小型化することを制限しない。
Further, the
そして、この光学ユニット10を備える撮像ユニット1を内蔵することで、小型化、薄型化し、かつ、性能のよいデジタルカメラやカメラ付携帯電話100等の撮像用機器を提供することができる。
By incorporating the
本発明に係る光学ユニットは、デジタルカメラやカメラ付携帯電話の撮像部に適用する以外に、医療用または工業用の内視鏡の撮像部や、撮像素子とともに内蔵されて撮像機能を有する望遠鏡や双眼鏡などの観察系の光学ユニットとして利用することが可能である。 The optical unit according to the present invention is applied to an imaging unit of a medical or industrial endoscope, a telescope having an imaging function built in together with an imaging element, in addition to being applied to an imaging unit of a digital camera or a camera-equipped mobile phone. It can be used as an optical unit for observation systems such as binoculars.
1…撮像ユニット、10…光学ユニット、11…第1光学素子(光学素子)、11a…第1光入射面(光入射面)、11b…第1光反射面(光反斜面)、11c…第1光射出面(光射出面)、11e,11f…非光学面、11g,11h…第1凸片、11i…第1面(基準面)、11j…第2面(基準面)、12…第2光学素子(光学素子)、12a…第2光入力面(光入射面)、12b,12c…第2光反射面(光反射面)、12d…第2光射出面(光射出面)、12e,12f…非光学面、12g,12h…第2凸片、12i…端面(基準面)、13…支持部材、13a…絞り孔(開口部)、14…結像面、15a,15b…ボス、30…撮像素子、30a…受光面、100…カメラ付携帯電話(撮像用機器)、105…画像処理回路(処理手段)、106…記録部(記録手段)、263…保持治具(位置決め治具)、264…押付治具(位置決め治具)、λi,λm,λo…光束、A…レーザ光、α…凸片配置面、S1…接着剤塗付工程、S2…位置決め工程、S3…切断工程。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記光学素子は、光入射面と、光反射面と、自由曲面形状に形成されて少なくとも1つの光反射面と、これら以外の非光学面と、前記非光学面から突出して形成される少なくとも1つの凸片とを有し、
前記凸片は、2つの前記光学素子を相対的に位置決めする場合に用いられ、2つの前記光学素子が互いに固定された後で、切断除去されることを特徴とする光学ユニット。 In an optical unit in which two optical elements are integrally fixed with a support member having an opening formed therebetween,
The optical element is formed in a light incident surface, a light reflecting surface, a free-form surface and is formed into at least one light reflecting surface, other non-optical surfaces, and at least one formed protruding from the non-optical surfaces. Two convex pieces,
The convex unit is used when the two optical elements are relatively positioned, and is cut and removed after the two optical elements are fixed to each other.
前記第1光射出面から射出された前記光束が第2光入射面から入射されて自由曲面形状の少なくとも1つの第2光反射面で前記光束を反射した後で第2光射出面から前記光束を射出する第2光学素子と、
開口部が形成されて前記第1光射出面と前記第2光入射面との間に配置されて前記第1光学素子と前記第2光学素子とが一体的に接着材で固定される支持部材と、
前記第1光学素子の前記第1光入射面と前記第1光反射面と前記第1光射出面以外の1対の非光学面からそれぞれ突出して形成される第1凸片と、
前記第2光学素子の前記第2光入射面と前記第2光反射面と前記第2光射出面以外の1対の非光学面からそれぞれ突出して形成される第2凸片とを有し、
前記第1凸片と前記第2凸片とは、前記第1光学素子と前記第2光学素子との相対位置決めに用いられ、前記接着材が硬化した後で切断される
ことを特徴とする光学ユニット。 A first optical element that emits the light beam from the first light exit surface after the light beam from the object is incident from the first light incident surface and reflected by at least one first light reflecting surface having a free-form surface; ,
The light beam emitted from the first light emission surface is incident from the second light incident surface and reflected by the at least one second light reflection surface having a free-form surface, and then the light beam from the second light emission surface. A second optical element that emits
A support member in which an opening is formed and disposed between the first light exit surface and the second light incident surface, and the first optical element and the second optical element are integrally fixed by an adhesive. When,
A first convex piece formed to protrude from a pair of non-optical surfaces other than the first light incident surface, the first light reflecting surface, and the first light exit surface of the first optical element;
A second convex piece formed to protrude from a pair of non-optical surfaces other than the second light incident surface, the second light reflecting surface, and the second light emitting surface of the second optical element;
The first convex piece and the second convex piece are used for relative positioning of the first optical element and the second optical element, and are cut after the adhesive is cured. unit.
前記光学素子と支持部材との間にそれぞれ接着材を塗布する接着材塗付工程と、
一方の前記光学素子の非光学面に形成された凸片を保持し、前記支持部材を挟んで、他方の前記光学素子の非光学面に形成された凸片を前記一方の光学素子の凸片に向けて付勢する位置決め工程と、
前記支持部材に2つの前記光学素子が固定された後で、前記2つの光学素子の前記凸片をそれぞれ切断する切断工程と
を備えることを特徴とする光学ユニット製造方法。 In an optical unit manufacturing method in which two optical elements are fixed integrally with a support member having an opening through which a light beam passes.
An adhesive application step of applying an adhesive between the optical element and the support member, and
The convex piece formed on the non-optical surface of one of the optical elements is held, and the convex piece formed on the non-optical surface of the other optical element is sandwiched with the support member interposed therebetween. A positioning step for biasing toward the
And a cutting step of cutting the convex pieces of the two optical elements after the two optical elements are fixed to the support member.
前記光学ユニットを含む結像光学系の結像面に受光面が配置されて前記結像光学系によって形成される物体像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子から得られる前記電気信号に所定の電気的処理を施して画像データを得る処理手段と、
適用された情報記録媒体に前記処理手段からの前記画像データを記録する記録手段と
を有することを特徴とする撮像用機器。 An optical unit according to claim 1;
An image sensor for converting an object image formed by the imaging optical system into an electric signal by arranging a light receiving surface on an imaging surface of an imaging optical system including the optical unit;
Processing means for performing predetermined electrical processing on the electrical signal obtained from the imaging device to obtain image data;
An imaging apparatus comprising: a recording unit that records the image data from the processing unit on an applied information recording medium.
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