JP2005352207A - 光学モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部材を保持部材に高い精度で位置決め固定でき、かつ接着剤の主剤と硬化剤との分離による光学性能の低下を起こすことのない光学モジュールを提供する。
【解決手段】 光学部材と該光学部材を保持する保持部材との一方に設けられた位置決め穴と、前記光学部材と前記保持部材との他方に設けられ、前記位置決め穴に嵌合する軸部とによって前記光学部材と前記保持部材とを位置決めし、前記位置決め穴と前記軸部とを主剤と硬化剤とからなる熱硬化型接着剤により接着してなる光学モジュールであって、前記軸部の外周面は、前記位置決め穴の内周面に接触する位置決め部と、前記位置決め穴の内周面との間で接着剤流入用の間隙を形成する接着面とを有し、前記間隙の寸法が前記熱硬化型接着剤の前記主剤と前記硬化剤とが分離することなく流入可能な寸法に設定されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はカメラ等に組み込まれる光学モジュールについて、該光学モジュールの光学部材と保持部材との取付構造に関する。

カメラ等に組み込まれる焦点検出装置では、二次結像レンズの位置ずれによって測距誤差が生じる。そのため、二次結像レンズを保持部材に高い精度で位置決め固定することが要求されている。
ここで、特許文献１には、位置決めピンと位置決め穴との係合によって二次結像レンズおよび保持部材の位置決めを行うレンズ取付構造において、位置決め穴の周囲に接着剤が流れ込む接着剤流れ溝を形成した構成が開示されている。

また、特許文献２には、二次結像レンズおよび保持部材の位置決めを行う位置決め固定構造において、角穴および長穴に形成した一対の孔部にそれぞれ円柱状の軸部を嵌合させて、該嵌合部の隙間に接着剤を流入して固定する構成が開示されている。
特開平５−１１１５９号公報 特開平８−２９６５２号公報

しかし、上記特許文献１では、焦点検出装置を小型化した場合にレンズの成形時や温度変動時の形状変化などによって薄肉部となる接着剤流れ溝の部分で割れが発生する可能性が高まる点で改善の余地があった。
また、上記特許文献の技術では、二次結像レンズを保持部材に固定するときに各種の制約から瞬間接着剤や溶剤が使用できない場合は熱硬化型接着剤が使用される。しかし、接着剤から分離した主剤がレンズ保持部材を経てレンズ面や位置決め部に付着すると焦点検出装置の光学性能が著しく低下する点で改善の余地があった。

すなわち、一般に熱硬化型接着剤は主剤と硬化剤とを混合して構成される。主剤は硬化時の加熱によって粘度が低下するため、接着剤硬化時に軸部と穴部との接触部分付近の隙間に毛細管現象によって主剤がしみ込んで、接着剤の主剤と硬化剤とが分離することがあった。
さらに、上記特許文献において、孔部と軸部の位置決め部分との間隙が大きい場合には二次結像レンズが揺らいでしまい、光学性能が劣化してしまう点でも改善の余地があった。

本発明は上記従来技術の課題を解決するためのものであって、その目的は、光学部材を保持部材に高い精度で位置決め固定でき、かつ接着剤の主剤と硬化剤との分離による光学性能の低下を起こすことのない光学モジュールを提供することである。

請求項１の発明は、光学部材と該光学部材を保持する保持部材との一方に設けられた位置決め穴と、前記光学部材と前記保持部材との他方に設けられ、前記位置決め穴に嵌合する軸部とによって前記光学部材と前記保持部材とを位置決めし、前記位置決め穴と前記軸部とを主剤と硬化剤とからなる熱硬化型接着剤により接着してなる光学モジュールであって、前記軸部の外周面は、前記位置決め穴の内周面に接触する位置決め部と、前記位置決め穴の内周面との間で接着剤流入用の間隙を形成する接着面とを有し、前記間隙の寸法が前記熱硬化型接着剤の前記主剤と前記硬化剤とが分離することなく流入可能な寸法に設定されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記位置決め部と前記接着面とが軸周回方向に複数交互に形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記熱硬化型接着剤は主剤とカプセル状の硬化剤とからなり、前記間隙の寸法が前記硬化剤の平均粒径の６倍以上に設定されてなることを特徴とする。

本発明では、軸部の位置決め部が位置決め穴の内周面と接触することで光学部材と保持部材とを高い精度で位置決めできる。一方、軸部の接着面と位置決め穴の内周面との間には熱硬化型接着剤の主剤と硬化剤とが分離することなく流入可能な寸法の間隙が形成されるので、該間隙に流入した接着剤が確実に硬化する。したがって、硬化剤と分離した主剤がレンズ面や位置決め部に付着することを阻止することができる。

図１から図７は、本発明の光学モジュールの１実施形態を示しており、この実施形態では本発明がカメラの焦点検出装置に適用される（請求項１から請求項３の光学モジュールに対応する）。
図１に示すように、焦点検出装置は、保持部材としてのレンズ保持部材１と、入射光の赤外線成分を除去する赤外カットフィルタ２と、絞りマスク３と、光学部材としてのセパレータレンズ４と、光学センサパッケージ５とを備えている。

レンズ保持部材１は焦点検出装置の本体部分を構成し、焦点検出装置の各部品が位置決めされて取り付けられる。図１においてレンズ保持部材１の上面側（入射側）および左下側（センサ取付側）には開口部が形成され、入射側の開口部には、測距光束を分離して不要な光束を除去するための視野マスク６が取り付けられている。視野マスク６には被写体からの光束を通過させる矩形状の開口６ａが複数形成されている。

また、レンズ保持部材１の内部には、コンデンサレンズと、該コンデンサレンズを透過した光束をセンサ取付側の開口部１ａに反射させる折り返しミラーとが配置されている（コンデンサレンズおよび折り返しミラーの図示は省略する）。
さらに、図２に示すようにセンサ取付側の開口部１ａの周囲はセパレータレンズ４の外形に対応する凹陥部１ｂが形成され、該凹陥部に赤外カットフィルタ２、絞りマスク３およびセパレータレンズ４が取り付けられる。そして、セパレータレンズ４の外側に光学センサパッケージ５が固定される。

レンズ保持部材１の凹陥部１ｂには、赤外カットフィルタ２を嵌め込むための段付部１ｃと、一組の軸部７，８とが形成されている。一組の軸部７，８はセンサ取付側の開口部１ａを挟んで左右の位置に形成され、図中左側に位置する一方の軸部７および図中右側に位置する他方の軸部８はそれぞれセパレータレンズ４の挿入方向に突出している。なお、この軸部７，８の詳細な構成については後述する。

絞りマスク３には、折り返しミラーからの光束を通過させる円形状の開口３ａが中央部に複数形成されている。また、絞りマスク３の両側部には軸部７，８に対応する位置に挿通孔３ｂがそれぞれ形成され、焦点検出装置の組立時において各挿通孔３ｂに軸部７，８がそれぞれ挿入されるようになっている。
セパレータレンズ４は、図３、４に示すように１対のレンズを複数組配置して構成されたレンズ部４ａと、光束が通過せず光学系に影響がない外周部４ｂとを有している。レンズ部４ａはセパレータレンズ４の中央部に位置しており、絞りマスク３を通過した光束をセンサ上に結像させる役目を果たす。

セパレータレンズ４の外周部４ｂには、軸部７，８に対応する位置にレンズ部４ａを隔てて位置決め穴９，１０がそれぞれ形成されている。各位置決め穴９，１０はレンズ部４ａの光軸方向に沿って開口されている。そして、図中左側に位置する一方の位置決め穴９は円形に形成され、図中右側に位置する他方の位置決め穴１０はセパレータレンズ４の幅方向に延長する長穴に形成されている。この一方の位置決め穴９は一方の軸部７と嵌合し、レンズ部４ａの光軸方向に垂直な面の並進方向移動を規制してセパレータレンズ４を位置決めする。また、他方の位置決め穴１０は他方の軸部８と嵌合し、レンズ部４ａの光軸方向に垂直な面の回転方向移動を規制してセパレータレンズ４を位置決めする。

光学センサパッケージ５には、セパレータレンズ４と相対する取付面側にラインセンサが複数組配置されている（ラインセンサの図示は省略する）。組立後の焦点検出装置では、光学センサパッケージ５のラインセンサがセパレータレンズ４で分割された２つの像を検出し、この２像間の間隔に基づいてデフォーカス量（合焦位置からのズレ量）の演算が可能となる。

ここで、本実施形態のレンズ保持部材１の軸部７，８の構成を、セパレータレンズ４の位置決め穴９，１０の形状との関係において詳細に説明する。
図５（ａ）に示すように、一方の軸部７の外周には、３つの位置決め部１１が突設されている。３つの位置決め部１１は軸中心に対して回転対称をなし、軸周回方向にピッチをおいて形成されている。各位置決め部１１は軸部７の基端側から軸方向に沿って延長しており、各位置決め部１１の頂面は一方の位置決め穴９の内周面と合致する円弧面となっている。

そして、各位置決め部１１の軸中心から頂面までの寸法は、各位置決め部１１の頂面を結んだ円と一方の位置決め穴９の内周面とが中間ばめまたはしまりばめの関係となるように設定されている。したがって、一方の軸部７と一方の位置決め穴９との嵌合時には、一方の位置決め穴９の内周面と各位置決め部１１の頂面とが接触し、セパレータレンズ４が位置決めされるようになっている。

また、位置決め部１１の相互間には軸方向に延長する接着剤流入溝１２が３つ形成され、位置決め部１１と接着剤流入溝１２とが軸周回方向に交互に形成されている。接着剤流入溝１２は位置決め部１１の側面と、該側面に挟まれた円弧状底面とから構成されている。そして、一方の軸部７と一方の位置決め穴９との嵌合時には、一方の位置決め穴８の内周面と接着剤流入溝１２とに囲まれた間隙が接着剤の流入路を構成する。すなわち、一方の軸部７では、接着剤流入溝１２（位置決め部１１の側面および円弧状底面）が接着面をなすこととなる。

図５（ｂ）に示すように、他方の軸部８の外周には、軸周回方向に１８０度の角度をおいて上下に位置決め部１３がそれぞれ突設されている。上下の位置決め部１３はそれぞれ軸部８の基端側から軸方向に沿って延長している。上下の位置決め部１３の頂面は、それぞれ軸部幅方向に沿った水平面となっている。
そして、上下の位置決め部１３の頂面の相互間隔は、他方の位置決め穴１０の幅の寸法に対して中間ばめまたはしまりばめとなるように設定されている。したがって、他方の軸部８と他方の位置決め穴１０との嵌合時には、他方の位置決め穴１０の内周面の上下に位置する水平面と位置決め部１３の上下の頂面とがそれぞれ接触し、セパレータレンズ４が位置決めされるようになっている。

また、上記の嵌合時において他方の軸部８の左右には、他方の軸部８の上下頂面を除く外周面と位置決め穴の内周面に囲まれた間隙がそれぞれ形成され、該間隙が接着剤の流入路を構成する。すなわち、他方の軸部８では、上下の頂面以外の外周面が接着面をなすこととなる。
ここで、一方の位置決め穴９の内周面と円弧状底面との間隔Ｗ１（図５（ａ）参照）および他方の位置決め穴１０の内周面と他方の軸部８の接着面との間隔Ｗ２（図５（ｂ）参照）は、熱硬化型接着剤の主剤と硬化剤とが毛細管現象による分離を起こすことなく流入可能な寸法に設定されている。

例えば、主剤とカプセル状の硬化剤とからなる１液型の熱硬化型接着剤を使用する場合には、接着剤流入路の間隙寸法Ｗ１およびＷ２は硬化剤の平均粒径の６倍以上に設定することが好ましい。以下、その理由を詳述する。
１液型の熱硬化型接着剤は、エポキシ樹脂等からなる主剤と、一定温度以上で破壊されるカプセルに封入された硬化剤とを混合して形成されている。主剤は常温下では高粘度であるが、硬化のための加熱によってその粘度が低下して液状となる。一方、硬化剤のカプセルは例えば５０℃から６０℃の温度で破壊され、カプセルの破壊により主剤と硬化剤とが接触することで接着剤が硬化する。

ここで、接着剤流入路の間隙寸法Ｗ１およびＷ２が小さい場合には、接着剤の加熱によって粘度の低下した主剤が、硬化剤のカプセルが破壊される前に毛細管現象によって間隙に流入し、主剤と硬化剤との分離が発生してしまう。このように硬化剤から分離した主剤がレンズ保持部材を経てセパレータレンズのレンズ部などに付着すると、焦点検出装置の光学性能が著しく低下することとなる。

本発明者は上記問題を解決するために鋭意研究した結果、接着剤流入路の間隙寸法Ｗ１およびＷ２を硬化剤の平均粒径の６倍以上に設定することで、毛細管現象による主剤と硬化剤との分離を防止できることを見いだした。
図８に、この知見を得るために本発明者が行った実験方法および実験結果を示す。図８（ａ）に示すように、この実験では一対の板材１４を間隔Ｗをおいて対向配置し、一対の板材１４に跨って熱硬化型接着剤１５を塗布することで行った。なお、カプセル状の硬化剤の平均粒径は０．０１５ｍｍであった。

図８（ｂ）に示す実験１（Ｗ＝０．０２ｍｍ）では、熱硬化型接着剤１５を塗布した後、加熱を待たずして一対の板材１４の間に主剤が大量に分離することが確認された。実験２（Ｗ＝０．０５ｍｍ）では、熱硬化型接着剤１５を塗布した後、硬化のための加熱中に一対の板材１４の間に主剤が分離することが確認された。実験３（Ｗ＝０．０８ｍｍ）では、熱硬化型接着剤１５を塗布した後、硬化のための加熱を行って２４時間放置した後に一対の板材１４の間に主剤が微量分離することが確認された。実験４（Ｗ＝０．１０ｍｍ）では、熱硬化型接着剤１５を塗布した後、硬化のための加熱を行って２４時間放置した後に一対の板材１４の間に主剤が殆ど分離していないことが確認された。実験５（Ｗ＝０．３０ｍｍ）では、熱硬化型接着剤１５を塗布した後、硬化のための加熱を行って２４時間放置した後に一対の板材１４の間に主剤が全く分離していないことが確認された。

これらの実験結果から、一対の板材１４の間隔Ｗを硬化剤の平均粒径の６倍以上に設定することで、毛細管現象によって一対の板材１４の間隙に主剤のみが流れこむことが殆どなくなることが確認できた。
本実施形態の焦点検出装置は上記のように構成され、以下その効果を説明する。
本実施形態の焦点検出装置では、軸部７，８の位置決め部１１，１３と位置決め穴９，１０とが中間ばめまたはしまりばめによって接触している。そのため、位置決め部１１，１３の頂面と位置決め穴９，１０の内周面との間に接着剤が流入して接着層が形成されることはない。したがって、接着層によるセパレータレンズ４の温度変化に伴う不安定な挙動が抑制され、セパレータレンズ４がレンズ保持部材１に高い精度で位置決めされる。

また、軸部７，８の接着面と位置決め穴９，１０の内周面とによって接着剤流入用の間隙が形成され、該間隙に熱硬化性接着剤を流入してセパレータレンズ４をレンズ保持部材１に接着固定することができる。この接着剤流入用の間隙は、左右の嵌合部のいずれもが位置決め部１１，１３と軸周回方向に交互に形成されているので、セパレータレンズ４とレンズ保持部材１との高い接着強度を確保することができる。

さらに、接着剤流入用の間隙は熱硬化型接着剤の主剤と硬化剤とが毛細管現象による分離を起こすことなく流入可能な寸法に設定されているので、接着剤が間隙内で確実に硬化する。したがって、硬化剤から分離した主剤がレンズ保持部材１を経てセパレータレンズ４のレンズ部４ａに付着することはなく、焦点検出装置の光学性能低下を防止できる。特に、１液型の熱硬化型接着剤を使用する場合には、接着剤流入用の間隙寸法を硬化剤の平均粒径の６倍以上に設定することで、毛細管現象による主剤と硬化剤との分離を高い精度で抑制することが可能となる。

（実施形態の補足事項）
以上、本発明を上記の実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、レンズ保持部材に位置決め穴を形成し、セパレータレンズに軸部を形成するようにしてもよい。
また、本発明の光学モジュールは焦点検出装置のセパレータレンズとレンズ保持部材との位置決めに限定されることなく、一般的な光学部材の位置決め固定の場合に適用してもよい。

さらに、一方の軸部の位置決め部は上記実施形態の例に限定されることなく、例えば２つあるいは４つ以上の位置決め部を回転対称に形成するようにしてもよい。
なお、本発明の光学モジュールは、紫外線硬化型接着剤や２液混合型の接着剤を使用する場合においても、熱硬化型接着剤を使用する場合とほぼ同様の効果を期待することができる。

本発明は、例えばカメラに組み込まれる焦点検出装置について、セパレータレンズを保持部材に位置決め固定する場合等に利用することができる。

光学モジュールの１実施形態を示す分解斜視図 レンズ保持部材におけるセンサ取付側の開口部付近の拡大図 レンズ保持部材にセパレータレンズを取り付けた状態を示す斜視図 図３の正面図 （ａ）一方の軸部と一方の位置決め穴との嵌合状態を示す図、（ｂ）他方の軸部と他方の位置決め穴との嵌合状態を示す図 図４のＡ−Ａ断面図 図６の一方の軸部付近の拡大図 本発明に関する実験方法の概要図および実験結果を示す図

符号の説明

１ レンズ保持部材（保持部材）
１ａ センサ取付側の開口部
１ｂ 凹陥部
１ｃ 段付部
２ 赤外カットフィルタ
３ 絞りマスク
３ａ 円形状の開口
３ｂ 挿通孔
４ セパレータレンズ（光学部材）
４ａ レンズ部
４ｂ 外周部
５ 光学センサパッケージ
６ 視野マスク
６ａ 開口
７ 一方の軸部
８ 他方の軸部
９ 一方の位置決め穴
１０ 他方の位置決め穴
１１ 位置決め部
１２ 接着剤流入溝
１３ 位置決め部
１４ 板材
１５ 熱硬化型接着剤

Claims (3)

1. 光学部材と該光学部材を保持する保持部材との一方に設けられた位置決め穴と、前記光学部材と前記保持部材との他方に設けられ、前記位置決め穴に嵌合する軸部とによって前記光学部材と前記保持部材とを位置決めし、前記位置決め穴と前記軸部とを主剤と硬化剤とからなる熱硬化型接着剤により接着してなる光学モジュールであって、
   前記軸部の外周面は、前記位置決め穴の内周面に接触する位置決め部と、前記位置決め穴の内周面との間で接着剤流入用の間隙を形成する接着面とを有し、
   前記間隙の寸法が前記熱硬化型接着剤の前記主剤と前記硬化剤とが分離することなく流入可能な寸法に設定されていることを特徴とする光学モジュール。
2. 前記位置決め部と前記接着面とが軸周回方向に複数交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
3. 前記熱硬化型接着剤は主剤とカプセル状の硬化剤とからなり、
   前記間隙の寸法が前記硬化剤の平均粒径の６倍以上に設定されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学モジュール。
   

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