JP2005316044A - レンズ固定方法、及びレンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズの高精度・高速固定方法を提供する。
【解決手段】 複数のレンズ位置決め部と、複数のレーザ溶着部を設けたレンズ枠と、少なくとも１枚のレンズで構成され、レンズ枠は不透明なプラスチックで形成されており、レーザ光吸収プラスチックである。
複数のレーザ溶着部に同時に照射されたレーザ光はレンズを透過して溶着部にて吸収され、溶融する。溶融したプラスチックは、レンズ表面の微少凹凸部に入り込む。レーザ照射を停止すると、複数箇所で溶融したプラスチックが略同時に瞬時に凝固し、位置精度を保った状態でレンズを固定する。溶融したプラスチックが凝固するときに生じる収縮力によって、レンズを位置決め部に引き込む作用を生じ、レンズがレンズ枠に確実に押し当てられた状態で固定されるようになる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、光学機器に関する。

カメラ、ビデオ等の光学機器において、従来から様々なレンズを固定する方法が提案されているが、近年、カメラやビデオが小型化されてきたことにより、レンズを固定するためのスペースが少なくなり、接着剤を用いたレンズ固定方法が一般的に用いられている。

また、熱かしめと呼ばれるレンズ枠の一部を熱変形させることでレンズを固定する方法も用いられている。

また、レンズをプラスチックで形成したものについては、プラスチックで形成されたレンズ枠等にレーザ光を用いて固定する方法も提案されている。たとえば、特開２００４−２０８６７号に提案されているように、プラスチック製のレンズをプラスチック製のレンズ枠やファインダ枠等にレーザ光を照射して固定する方法が提案されている。
特開２００４−２０８６７号

従来用いられている、接着剤を用いてレンズをレンズ枠に固定する方法の場合、接着剤のレンズ有効径内へのはみ出し、レンズ枠外へのはみ出し等の問題があり、工程管理が大変であった。

また、接着剤の硬化時の収縮によりレンズの歪の原因となる。さらに、接着剤塗布量の場所による不均一性による変形により、所望の光学性能が得られないことがある。

また、レンズ等の光学部品の接着に用いられる接着剤として、紫外線硬化型樹脂が挙げられる。該接着剤は硬化に必要な紫外線照射時間が数秒〜数十秒掛かる。さらに、完全な硬化までには更に時間が掛かるために、偏芯調整などのレンズ位置調整を行っても、接着剤の完全な硬化までの間に収縮の不均一によりレンズ位置が徐々に変化してしまい、所望の位置とずれてしまうという問題がある。

また、プラスチックレンズの場合、強度の紫外線照射により黄変する特徴があるため、これによりレンズのカラーバランスが変化してしまうという問題がある。

また、熱かしめによるレンズ固定方法では、必要部分以外の広い範囲にも熱が伝わり、レンズ枠の必要部分以外を変形させる恐れもある。レンズやレンズ枠が小型になり、他の部品の取り付け部等が接近しているとその影響が更に増すことになる。レンズにも過度に熱が伝わると変形を生じるという問題もある。

上記紫外線硬化型の接着や熱かしめによるレンズ固定方法に対する問題点を解決する方法として、プラスチックレンズをレーザ光吸収プラスチックで形成されたレンズ枠等の部品にレーザ溶着する方法が挙げられるが、溶着するレンズはプラスチック製である必要があった。また、レンズの位置決め部全体をライン走査させてレーザ照射していたために、溶着後の位置変化が起きる可能性があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、接着剤を用いずに、レーザ光による溶着を利用し、レンズを高速・高精度に、固定強度を一定に固定できる方法を提供することである。

上記課題を鑑み本願では、少なくとも１枚のレンズと、レーザ光吸収プラスチックで形成されたレンズ枠とを有するレンズユニットにおけるレンズ固定方法において、レンズを嵌め込んだ後、少なくとも一枚のレンズを、複数のレーザ光照射部にレーザ光を略同時に照射し、前記レンズ枠の一部を溶融することによって、前記レンズの外周部と溶着して固定する。

以上のように、本発明のレンズ固定方法によれば、接着剤や他部品を追加することなく、省スペースで高速に・高精度にレンズを固定することができる。

また、複数のレンズを略同時に固定することができるので、工数を大幅に減少させることが出来る。

また、位置決め調整の為に、レンズの位置を多少ずらしても溶着部の条件が変わることが無いので、レーザ装置の位置や設定を変更することも必要なく、固定強度を均一に保つことが出来る。

また、複数の溶着部が弱い弾性変形部を有するようにすると、レンズの位置を一定に保とうとする力が働き、位置精度がより変化しにくく、衝撃にも強いという効果もある。

（実施例１）
図１は第一の実施例でのレンズ固定方法の構成を示す断面斜視図である。

組立順序を説明する。レンズ枠１３に、第一レンズ１１を、第一レンズの位置決め部１３ｈに嵌めこみ、第一レンズの位置決め部１１ａと当接させる。次に第二レンズ１２を、第二レンズの位置決め部１３ａに嵌めこみ、第二レンズの位置決め部１２ａと当接させる。この状態で、光軸Ｚ１と、第一レンズ１１の光軸と、第二レンズ１２の光軸を揃える。第一レンズ１１の外周寸法及び第二レンズ１２の外周寸法に対して、レンズ枠１３の壁部１３ｉ、１３ｅは僅かに大きくなっているために、図示しない手段によって、それぞれのレンズの光軸を光軸Ｚ１に揃えることが可能となっている。その後、レンズ上方から複数箇所を同時にスポット的にレーザ光を照射する。レーザ光の照射は、第一レンズに対するレーザ光照射１４ｂを行った後、第二レンズに対するレーザ光照射１４ａを行ってもよいし、両方のレンズに対して同時に照射してもよい。また、どちらか一方のレンズに接着剤等による固定を行った後、他方のレンズに対してレーザ光照射を行うようにしてもよい。また、固定強度を増す為に、レーザ光照射位置を変えて、再度レーザ照射１４ｃを行うようにしてもよい。

レーザ光はレンズを殆ど透過するので、その殆どのエネルギーは、レンズ枠１３に到達する。レンズ枠は、レーザ波長に対して吸収するプラスチックで成形されている。

図２は、レーザ光を照射してレンズを固定する方法を示す断面図である。

レーザ光１４ａ及び１４ｂを同時に照射した場合の例を説明する。レーザ光１４ａ、１４ｂはレンズ枠のそれぞれのレンズ位置決め部１３ａ、１３ｈで吸収され、熱に変化してレーザ光照射部の周囲を溶解させる。この溶解したレンズ枠を構成するプラスチックは、第一レンズとの当接部１１ａ及び第二レンズとの当接部１２ａのレンズ表面の微少な凹凸部に入り込む。

レーザ照射を停止すると、溶解したプラスチックは急激に冷却され、収縮するが、レンズ表面の微少凹凸部に入り込んだプラスチックは少なくとも一部が残る状態となるため、レンズとレンズ枠が固定される。このレンズ固定部がレンズ位置決め部１３ａ及び１３ｈの複数の箇所に、同時に生じることにより、固定される第一のレンズ１１及び第二のレンズ１２は、光軸Ｚ１に対して、傾くことなく固定される。

図１１は、本実施例１のレンズ組立方法で組み立てられた、レーザ照射方向とは反対側から見たレンズ組立体の断面斜視図である。

（実施例２）
図３は第２の実施例でのレンズ固定方法の構成を示す断面斜視図である。

組立順序を説明する。レンズ枠２３に、第一レンズ２１は図３の下方からレンズ枠２３のレンズ固定部２３ｆに当接された後、熱カシメ等の手段で２３ｇ部を変形させることで固定されている。

次に第二レンズ２２を、第二レンズの位置決め部２３ａに嵌めこみ、第二レンズの位置決め部２２ａと当接させる。レンズ枠２３には複数のレーザ照射部２３ｂが設けられていて、第二レンズ２２の外周隅部２２ｂと対向しているが、接触はしていない。この状態で、光軸Ｚ１と、第一レンズ２１の光軸と、第二レンズ２２の光軸を揃える。第二レンズ２２の外周寸法に対して、レンズ枠２３の壁部２３ｅは僅かに大きくなっているために、実施例１と同様に図示しない手段によって、第二レンズ２２の光軸を光軸Ｚ１に揃えることが可能となっている。その後、レンズ上方から複数箇所を同時にスポット的にレーザ光を照射するが、照射方向を光軸に対して平行にしてもよいが、レーザ照射部２３ｂに対して垂直な方向から照射するようにしてもよい。また、複数のレーザ光照射２４ａを行った後に、別の複数のレーザ光照射部に、レーザ光照射２４ｃを行うようにしてもよい。

図４は、レーザ光を照射してレンズを固定する方法を示す断面図である。

レーザ光２４ａはレンズを透過し、レンズ枠のレーザ照射部２３ａで吸収され、熱に変化してレーザ光照射部の周囲を溶解させる。この溶解したレンズ枠を構成するプラスチックは、熱膨張することで、第二レンズ２２の外周隅部２２ｂと接触し、レンズ表面の微少な凹凸部に入り込む。

レーザ照射を停止すると、溶解したプラスチックは急激に冷却され、収縮するが、レンズ表面の微少凹凸部に入り込んだプラスチックは少なくとも一部を残した状態となるため、レンズとレンズ枠が固定される。このレンズ溶着部２３ｂ、２２ｂとレンズ位置決め部２３ａが離れているため、レンズ位置決め部２３ｂが熱変形することは無い。また、レンズ溶着部２３ｂ、２２ｂは複数の箇所に、略同時に生じることにより、固定される第二のレンズ２２は、光軸Ｚ１に対して、傾くことなく固定される。

図１２は、本実施例２のレンズ組立方法で組み立てられた、レーザ照射方向とは反対側から見たレンズ組立体の断面斜視図である。

（実施例３）
図５は第３の実施例でのレンズ固定方法の構成を示す断面斜視図であり、図６はレーザ光を照射してレンズを固定する方法を示す断面図であるが、実施例２に対して異なる部分のみ説明する。

第二レンズ３２は、第二レンズの位置決め部３３ａに嵌めこみ、第二レンズの位置決め部３２ａと当接させる。レンズ枠３３には、レンズ位置決め部３３ａとレーザ光照射部３３ｂとが交互に複数設けられていて、レーザ光照射部３３ｂはレンズ位置決め部３３ａより低くなっていて、第二レンズ３２とは隙間ｓを有している。この状態で、光軸Ｚ１と、第一レンズ３１の光軸と、第二レンズ３２の光軸を、実施例１と同様に揃える。レーザ光３４ａは、レンズ枠のレーザ光照射部３３ａで吸収され、熱に変化してレーザ光照射部の周囲を溶解させる。この溶解したレンズ枠を構成するプラスチックは、熱膨張することで、第二レンズ３２の位置決め部３２ａと接触し、レンズ表面の微少な凹凸部に入り込む。尚、隙間ｓは０＜ｓ＜０．１であることが好ましく、これより大きいと、レンズ枠を熱膨張させて、レンズと接触させるためのエネルギーが多く必要となり、溶解体積も大きく、周囲への熱の影響も大きくなる。

レーザ照射を停止すると、溶解したプラスチックは急激に冷却され、収縮するが、レンズとの当接部に入り込んだプラスチックは少なくとも一部を残した状態となるため、レンズとレンズ枠が固定される。このレンズ溶着部３３ｂ、３２ａとレンズ位置決め部３３ａが離れているため、レンズ位置決め部３３ｂが熱変形することは無い。また、レンズ枠３３のレンズ溶着部３３ｂの裏側に肉抜き部３３ｄを設けて、周囲より薄肉化されている。この肉抜き部３３ｄにより、収縮作用が急激に進行するとともに、固定された後も薄肉化による弾性力を保持した状態となる。レンズ溶着部３３ｂ、３２ａは複数の箇所に、略同時に生じることにより、固定される第二のレンズ３２は、光軸Ｚ１に対して、傾くことなく固定され、更に、前記弾性力によるレンズ位置決め部３３ａへの押し当て力を有し、また、衝撃等によるレンズへの外力に対して復元力をも有している。

図１３は、本実施例３のレンズ組立方法で組み立てられた、レーザ照射方向とは反対側から見たレンズ組立体の断面斜視図である。

（実施例４）
図７は第４の実施例でのレンズ固定方法の構成を示す断面斜視図であり、図８はレーザ光を照射してレンズを固定する方法を示す断面図であるが、実施例３に対して異なる部分のみ説明する。

レンズ枠４３には、レンズ位置決め部４３ａとレーザ光照射面４３ｂとが交互に複数設けられている。更にレーザ光照射面４３ｂ上に凸部４３ｃを設けている。レーザ光照射面４３ｂはレンズ位置決め部４３ａより低くなっていて、更にレーザ光照射面４３ｂ上の凸部４３ｃは、第二レンズ４２とは接触していない。従って、他の実施例と同様に、光軸調整のために第二レンズ４２を多少動かしても位置決め精度には影響がなく、光軸を揃えることができる。

実施例３では、レーザ光照射部が均一高さの平面であったが、本実施例４ではレーザ光照射部を、レーザ光照射面上の凸部４３ｃとし、レーザ光照射部と、位置決め部との差異を明確にし、位置決め部に伝わる熱の影響を少なくした。

尚、レーザ光照射面４３ｂ上の凸部４３ｃの形状は球状に限定するものではなく、円柱形、角柱形状等でもよい。

（実施例５）
図９は第４の実施例でのレンズ固定方法の構成を示す断面斜視図であり、図１０はレーザ光を照射してレンズを固定する方法を示す断面図であるが、実施例４に対して異なる部分のみ説明する。

レンズ枠５３には、レンズ位置決め部５３ａとレーザ光照射部５３ｂとが交互に複数設けられていて、レーザ光照射部の周囲が切り欠かれていて、レンズ枠５３の壁部５３ｅから切り離されている。更にレーザ光照射面５３ｂ上に凸部５３ｃを設けている。第二レンズ５２は、レンズ枠との位置決め面である５２ａと、レーザ光照射部５３ｃと対向する斜面５２ｂを有しており、レーザ光照射面５３ｂ上の凸部５３ｃにレーザ光５４を照射することにより、既述の実施例と同様にレンズを固定するが、レーザ光照射部５３ｂの周囲が切り欠かれていることで、レーザ光照射後の熱収縮力がレンズ５２をレンズ位置決め部５３ａの方向に、他の実施例よりも働きやすくなるとともに、レーザ光照射部５３ｂに弾性力が働きやすくなっており、レンズが衝撃で外れることを、他の実施例よりも防止する効果を有している。

また、各実施例の形態において、複数箇所を同時に照射するレーザ光は、厳密には同時ではなく、レンズの位置精度に影響が無い程度の時間差、例えば数十ｍｓ〜数百ｍｓの時間差で照射されるようにしてもよい。

また、各実施例の形態において、固定されるレンズがガラスレンズである場合、レンズの溶着部表面をレンズ曲面部より粗い加工状態にしたり、プライマー処理を施して、溶融したプラスチックとの溶着強度を増すようにしてもよい。

また、各実施例の形態において、固定されるレンズがプラスチックで成形されたレンズでもよい。

この場合、レーザ光照射により溶融したレンズ枠の熱で、プラスチックレンズの一部も溶融し、レンズ枠を形成するプラスチックと化学結合することで、溶着するようにしてもよい。

また、固定される被固定物は、レンズに限定されるものではなく、透明なガラス板やプラスチック板、光学フィルター等の光学素子でもよい。

第１実施例のレンズ組立の構成を示す断面斜視図である。 第１実施例のレンズ組立の方法を示す断面図である。 第２実施例のレンズ組立の構成を示す断面斜視図である。 第２実施例のレンズ組立の方法を示す断面である。 第３実施例のレンズ組立の構成を示す断面斜視図である。 第３実施例のレンズ組立の方法を示す断面図である。 第４実施例のレンズ組立の構成を示す断面斜視図である。 第４実施例のレンズ組立の方法を示す断面である。 第５実施例のレンズ組立の構成を示す断面斜視図である。 第５実施例のレンズ組立の方法を示す断面である。 第１実施例のレンズ組立方法で組み立てられた、レーザ照射方向とは反対側から見たレンズ組立体の断面斜視図である。 第２実施例のレンズ組立方法で組み立てられた、レーザ照射方向とは反対側から見たレンズ組立体の断面斜視図である。 第３実施例及び、第４実施例のレンズ組立方法で組み立てられた、レーザ照射方向とは反対側から見たレンズ組立体の断面斜視図である。 第５実施例のレンズ組立方法で組み立てられた、レーザ照射方向とは反対側から見たレンズ組立体の断面斜視図である。

符号の説明

１１、２１、３１，４１、５１ 第一レンズ
１２、２２、３２、４２、５２ 第二レンズ
１３、２３、３３、４３、５３ レンズ枠
１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ、５３ａ 第二レンズ位置決め部
２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ レーザ照射部
４３ｃ、５３ｃ レーザ照射部
３３ｄ、３３ｄ、４３ｄ、５３ｄ 肉抜き部
１３ｅ、２３ｅ、３３ｅ、４３ｅ、５３ｅ レンズ枠壁部
２３ｆ、３３ｆ、４３ｆ、５３ｆ 第一レンズ保持部
２３ｇ、３３ｇ、４３ｇ、５３ｇ 第一レンズ固定部
１３ｈ 第一レンズ位置決め部
１３ｉ レンズ枠壁部
１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ、５４ａ レーザ光
１４ｂ レーザ光
２４ｃ、３４ｃ、４４ｃ、５４ｃ レーザ光
Ｚ１ 光軸

Claims (15)

1. 少なくとも１枚のレンズと、レーザ光吸収プラスチックで形成されたレンズ枠とを有するレンズユニットにおけるレンズ固定方法において、
   レンズを嵌め込んだ後、少なくとも一枚のレンズを、複数のレーザ光照射部にレーザ光を略同時に照射し、前記レンズ枠の一部を溶融することによって、前記レンズの外周部と溶着して固定することを特徴とするレンズ固定方法。
2. 請求項１のレンズ枠には複数のレンズが嵌め込まれており、各レンズを固定するためのレーザ照射部がそれぞれ複数箇所設けられ、前記複数のレンズのそれぞれ複数箇所のレーザ照射部に、略同時にレーザ光を照射することによって、前記複数のレンズが前記レンズ枠に略同時に固定されることを特徴とするレンズ固定方法。
3. 請求項１または２に記載のレンズ固定方法において、１つのレンズに対する複数箇所へのレーザ光照射を、レーザ光照射されていない別のレーザ光照射部に対して複数回行うようにしたことを特徴とするレンズ固定方法。
4. 前記レンズ枠に設けられたレーザ光照射部と、レンズの光軸方向への位置決め部とが別々に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ固定方法。
5. 前記レンズ枠に設けられたレーザ光照射部は、レンズと隙間（ｓ）を有していることを特徴とする請求項４に記載のレンズ固定方法。
6. 請求項５に記載の隙間ｓが０＜ｓ＜０．１であることを特徴とするレンズ固定方法。
7. 前記レンズ枠のレーザ光照射部の、レーザ光照射方向に対する肉厚が、周囲部より薄肉になっていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のレンズ固定方法。
8. 前記レンズ枠に設けられたレーザ光照射部は、光軸と垂直な面であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレンズ固定方法。
9. 前記レンズ枠に設けられたレーザ光照射部は、光軸に対して傾いており、対向するレンズ外周部も前記照射部と略平行に光軸から傾いていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレンズ固定方法。
10. 前記レーザ光照射方向が、前記複数のレーザ光照射部に対してそれぞれ略垂直な方向であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のレンズ固定方法。
11. レンズ枠に嵌め込まれたレンズは、光軸と直行方向に移動可能な隙間を有し、レンズの光軸調整がされた後、前記の固定方法で固定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のレンズ固定方法。
12. 固定されるレンズはガラスレンズであり、前記ガラスレンズの前記レンズ枠に溶着される表面部分が、それ以外の表面より粗い表面状態であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のレンズ固定方法。
13. 固定されるレンズがガラスレンズであり、前記ガラスレンズの前記レンズ枠に溶着される表面部分に、プライマー処理を施してあることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のレンズ固定方法。
14. 固定されるレンズがレーザ光透過プラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のレンズ固定方法。
15. 少なくとも１枚のレンズと、レーザ光吸収プラスチックで形成されたレンズ枠とを有し、
    レンズを嵌め込んだ後、少なくとも一枚のレンズを、複数のレーザ光照射部にレーザ光を略同時に照射し、前記レンズ枠の一部を溶融することによって、前記レンズが当該レンズの外周部と溶着して固定されていることを特徴とするレンズ固定方法。

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