JP2007033625A - 光学部品の接着装置及び接着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 面精度の高い光学部品同士を高精度に位置決めして接着できる光学部品の接着装置を提供する。
【解決手段】 光学部品の接着装置１は、撮像素子Ｗ２を６軸コンプライアンス機構１０上の治具１１に保持し、直交座標型ロボット２０のハンドリング装置３７にレンズＷ１を保持させる。直交座標型ロボット２０には、接着剤塗布装置３４が設けられており、レンズＷ１を押し付ける前に撮像素子Ｗ２の上面の中心に紫外線硬化型接着剤を少量塗布するようになっている。レンズＷ１を撮像素子Ｗ２を押し付けたときには、紫外線硬化型接着剤の薄膜が形成され、レンズＷ１と撮像素子Ｗ２との密着が防止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の光学部品を接着する装置、複数の光学部品を接着する方法に関する。

複数の光学部品を接着する際には、光学部品同士の面合わせをしてから接着することが知られている。この際に使用される面合わせ装置には、一方の光学部品を緩衝手段に弾性的に保持させ、他方の光学部品を一方の光学部品に押し付けることで接着面を面合わせするように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている面合わせ装置を利用して、例えば、光ファイバの先端に光学部品を接着する際には、光学部品を弾性的に保持した状態で、光ファイバをクランプして光学部品に押し当て、所定の押圧力を作用させることで面合わせをする。さらに、光ファイバを光学部品に押し当てた状態でクランプを駆動させて、光ファイバと光学部品の光軸の位置合わせをしてから溶接固定する。
特開２００３−１７２８５１号公報

しかしながら、光学部品は、高い面精度を有しているので、光学部品同士を押し付けて面合わせをする際に光学部品同士が密着し易い。このような現象は、リンギング現象とも呼ばれ、リンギング現象が生じた光学部品同士は、密着状態で相対的な位置を移動させることが困難になるため、この状態では位置合わせできなくなってしまう。また、このような密着状態を解消するためには、大きな力が必要であり、そのような力を加えると光学部品同士の相対的な位置がずれてしまうことがある。したがって、従来では、高い面精度を有する光学部品同士を面合わせし、かつ高精度に位置決めして接着することは困難であった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、面精度の高い光学部品同士を高精度に位置決めして接着できるようにすることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、第一の光学部品と第二の光学部品とを接着剤で接着する光学部品の接着装置であって、前記第一の光学部品のハンドリング装置と、前記接着剤を塗布する接着剤塗布装置と、前記ハンドリング装置の可動範囲内に設けられ、前記第二の光学部品を保持可能な治具を有する倣い機構と、前記第一の光学部品を前記第二の光学部品に押し当てて両者の接着面の面傾きを一致させる前に、少なくとも一方の前記光学部品の接着面に前記接着剤塗布装置で前記接着剤を塗布するように制御する制御装置とを備えることを特徴とする光学部品の接着装置とした。
この光学部品の接着装置は、２つの光学部品の接着面の面傾きを一致させる前に、接着剤を塗布してから行うので、面合わせをした状態で光学部品同士の位置を相対的にずらすことが可能になる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学部品の接着装置において、前記制御装置は、前記第一の光学部品の接着面と前記第二の光学部品との接着面の面傾きを一致させる前に塗布する前記接着剤の塗布量が、面傾きを一致させた後に前記第一の光学部品と前記第二の光学部品とを接着する際に塗布する前記接着剤の塗布量よりも少なくなるように制御することを特徴とする。
この光学部品の接着装置では、面合わせ時の接着剤の塗布量が少ないので、光学部品の接着面同士の間に角度誤差が生じない。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学部品の接着装置において、面傾きを一致させた後に前記第一の光学部品と前記第二の光学部品との相対位置を調整するために、前記第一の光学部品の接着面又は前記第二の光学部品の接着面の少なくとも一方を撮像する画像処理用カメラを備えることを特徴とする。
この光学部品の接着装置では、面合わせをした後に光学部品同士を引き離してから位置を確認するようにしたので、面合わせ時に光学部品同士の相対的な位置がずれたときには、光学部品の位置ずれを速やかに修正できる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学部品の接着装置において、前記接着剤は、紫外線硬化型の接着剤であり、前記接着剤を硬化させる紫外線照射装置を備えることを特徴とする。
この光学部品の接着装置では、紫外線を照射するまでは接着剤が硬化しないので、面合わせをした後に、光学部品同士の相対的な位置を調整することができる。

請求項５に係る発明は、第一の光学部品と第二の光学部品とを接着剤で接着するにあたり、前記第一の光学部品又は前記第二の光学部品の一方に接着時よりも少量の前記接着剤を塗布した後に、前記第一の光学部品に対して前記第二の光学部品を相対的に押し付けて前記光学部品同士の接触面の面傾きを一致させる工程と、面傾きを一致させた後に前記第一の光学部品と前記第二の部品の位置合わせをする工程と、位置合わせをした後に、前記面傾きを一致させる工程の接着剤よりも塗布量を多くした接着剤を前記第一の光学部品と前記第二の光学部品の一方に塗布して前記第一の光学部品と前記第二の光学部品とを接着する工程と、を有することを特徴とする光学部品の接着方法とした。
この光学部品の接着方法では、２つの光学部品の接着面の面傾きを一致させる前に、接着剤を塗布した状態で行うので、光学部品同士が密着して離れなくなることがなくなり、面合わせ後の位置調整が可能になる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の光学部品の接着方法において、前記第一の光学部品と前記第二の部品の位置合わせをする工程は、前記第一の光学部品と前記第二の光学部品を離隔させてから行うことを特徴とする。
この光学部品の接着方法では、面合わせをしたときに、光学部品同士の相対的な位置がずれた状態で接着されないように、光学部品同士を引き離して位置ずれの有無を確認する。

本発明によれば、光学部品同士を接着剤で接着する前に、接着剤を光学部品の接着面に塗布した状態で面傾きを一致させるようにしたので、光学部品同士が密着して離れなくなることが防止される。したがって、面傾きを一致させた後に光学部品同士の位置合わせを精度良く行うことが可能になる。

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、光学部品の接着装置１は、ベース部２を有し、ベース部２上に第一の光学部品であるレンズＷ１を１つ載置する部品置き場３と、第二の光学部品である撮像素子Ｗ２を保持する保持部４と、画像処理用カメラであるレンズ位置検出カメラ５、レンズ高さ検出カメラ６がＸ方向に順番に配設されている。

保持部４は、倣い機構である６軸コンプライアンス機構１０を有し、６軸コンプライアンス機構１０の上端部には撮像素子Ｗ２を保持する治具１１が固定されている。治具１１は、支持本体１１Ａと、支持本体１１Ａに対して水平移動自在に取り付けられた支持爪１１Ｂとを有している。支持本体１１Ａは、隅部の１つが切り欠かれており、これによって２方向の側面が開放された凹部１２が形成されている。凹部１２の深さは、撮像素子Ｗ２の高さに略等しく、凹部１２の２つの側面は撮像素子Ｗ２の２つの側面に当接可能になっている。支持爪１１Ｂは、凹部１２の側面の１つに対向して配置されており、不図示のコイルスプリングなどの弾性部材によって、支持本体１１Ａに近接するように常に付勢されている。６軸コンプライアンス機構１０は、不図示の供給源から供給されるエアーで治具１１に付加される荷重方向に合わせてＸＹＺ軸方向に従動する移動動作に加えて、ＸＹＺ軸のそれぞれの軸を回転中心にして従動する傾き動作が可能に構成されている。また、エアーの供給を遮断することによって全方向の動作をロックすることが可能になっている。

レンズ位置検出カメラ５は、撮像面５Ａが上向きに設定されており、撮像面５Ａの外周に面発光型のリング照明１３が設けられている。レンズ高さ検出カメラ６は、レンズＷ１の高さを検査するもので、Ｚ方向の所定高さに設置されており、その撮像面６ＡはＸ方向に水平に設定されている。レンズ高さ検出カメラ６の撮像面６Ａの外周には、面発光型のリング照明１４が設けられている。なお、部品置き場３、保持部４、レンズ位置検出カメラ５、レンズ高さ検出カメラ６は、これらの上方に設置されている直交座標型ロボット２０の可動範囲内に配設されている。

直交座標型ロボット２０は、ベース部２から立設するサイドフレーム２１に固定されている。直交座標型ロボット２０は、Ｘ軸ステージ２２を有し、Ｘ軸ステージ２２のベース２３は、サイドフレーム２１に固定されている。ベース２３の内部には、Ｘ方向に平行に延びるボールネジ機構が取り付けられており、このボールネジ機構のボールネジに係合する不図示のスライダをＸ方向に往復移動できるようになっている。ボールネジ機構は、ベース２３の下方側に配置されたケース２４内のモータに連結されている。Ｘ軸ステージ２２のスライダには、Ｚ軸ステージ２５のベース２６が取り付けられている。Ｚ軸ステージ２５は、ベース２６の内部に取り付けられたボールネジ機構で不図示のスライダをＺ方向に往復移動自在に支持した構成を有し、ボールネジ機構はベース２６の側方に配置されたケース２７内のモータに連結されている。

Ｚ軸ステージ２５のスライダには、エンドエフェクタ３０が固定さている。エンドエフェクタ３０は、Ｘ方向に延びる本体部３１と、本体部３１の下端をＹ方向に折り曲げたつば部３２とを有し、Ｘ方向の矢視でＬ字形状になっている。本体部３１の一端部側には、紫外線照射装置３３と、接着剤塗布装置３４とが別々のシリンダ３５を介して取り付けられている。紫外線照射装置３３及び接着剤塗布装置３４のそれぞれの下端部は、つば部３２の切り欠かれた部分を通ってエンドエフェクタ３０よりも下方に突出している。

さらに、エンドエフェクタ３０のつば部３２には、切り欠きに近い方から、画像処理用カメラである撮像素子位置検出カメラ３６と、ハンドリング装置３７とが下向きに固定されている。撮像素子位置検出カメラ３６は、撮像面が下向きに設定されており、撮像面の外周に面発光型のリング照明が取り付けられている。ハンドリング装置３７は、エンドエフェクタ３０側から回転機構部３８と、チャック部３９とを有している。

図２に示すように、回転機構部３８は、エンドエフェクタ３０のつば部３２に固定されたθベース４０と、θベース４０の下部にθ方向に回転自在に設けられたθテーブル４１とを有している。
チャック部３９は、θテーブル４１の下端に固定された吸引チャンバー４２を有している。吸引チャンバー４２は、中空のチャンバーからなり、側部のポートにはチューブ４３が固定されている。このチューブ４３は、不図示の吸引ポンプに接続されている。また、吸引チャンバー４２の下端からは、吸引筒４４が下向きに延びている。この吸引筒４４は、上下に貫通する中空の部材からなり、吸引チャンバー４２の内部及びチューブ４３を介して吸引ポンプに接続される。さらに、吸引チャンバー４２には、支持フレーム４５が固定されている。支持フレーム４５は、吸引筒４４を避けるようにして下方に延び、その下端にチャック保持部４６が固定されている。チャック保持部４６の端面には、Ｘ方向に細長のガイド孔が２つ形成されており、そのそれぞれに爪部４８の基端側が１つずつ摺動自在に挿入されている。チャック保持部４６内では、各爪部４８の基端側が不図示のアクチュエータに連結されており、アクチュエータを駆動させることで一対の爪部４８を相互に近接あるいは離間する向きで水平移動できるようになっている。一対の爪部４８の先端側は、対向する側部がＶ字状に切り欠かれると共に、上面側から下面側に向かって傾斜したナイフエッジ状になっており、ナイフエッジ状の尖部でレンズＷ１の外周面を挟持できるようになっている。

これら各部の制御は、制御装置５１によって行われている。制御装置５１は、中央演算装置（ＣＰＵ）などを備えており、駆動制御の他に、レンズ位置検出カメラ５、レンズ高さ検出カメラ６、撮像素子位置検出カメラ３６の各撮像画像を取得して画像処理を行い、レンズＷ１や撮像素子Ｗ２の位置を演算できるように構成されている。なお、制御装置５１は、パーソナルコンピュータであっても良い。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
最初に、レンズＷ１を部品置き場３に載置し、撮像素子Ｗ２を保持部４の治具１１にセットする。撮像素子Ｗ２は、手で支持爪１１Ｂを支持本体１１Ａから引き離した状態で、凹部１２の各側面に押し付けるように挿入する。その後、手を離すと支持爪１１Ｂと支持本体１１Ａで撮像素子Ｗ２が挟み込まれるようにして位置決めして保持される。

制御装置５１が、直交座標型ロボット２０を駆動させ、ハンドリング装置３７をレンズＷ１の上方に移動させる。チャック部３９のアクチュエータが一対の爪部４８を離間させて開いてから、エンドエフェクタ３０を下降させる。吸引筒４４がレンズＷ１の上面に当接したら、吸引ポンプを稼動させて吸引筒４４でレンズＷ１を吸着すると共に、アクチュエータで爪部４８を閉じて、一対の爪部４８でレンズＷ１の外周面を挟持する。レンズＷ１を保持したら、直交座標型ロボット２０を駆動させてレンズＷ１を移動させる。そして、図３に示すように、レンズＷ１をレンズ位置検出カメラ５の上方、かつレンズ高さ検出カメラ６の側方に移動させ、レンズＷ１が正しくハンドリングされているか否かについての確認を行う。

この際に、レンズ位置検出カメラ５は、リング照明１３でレンズＷ１を下方から照明しながらレンズＷ１全体の撮像を行う。制御装置５１は、画像処理によってレンズＷ１の中心位置を検出する。レンズＷ１の中心位置は、例えば、撮像画像中のコントラストの違いからレンズＷ１の外縁を抽出することで演算することができる。また、レンズＷ１が角形等の回転非対称形状である場合には、レンズＷ１のθ方向の傾き角（レンズＷ１の角形を形成する１つの面と、演算に際しての基準面との、Ｚ軸を中心とする回転方向θのずれの角度）を演算する。また、レンズ高さ検出カメラ６は、リング照明１４でレンズＷ１を側方から照明しながらレンズＷ１を撮像する。制御装置５１は、画像処理によってレンズＷ１の下面の位置を認識する。レンズＷ１の下面は、例えば、撮像画像中のコントラストの違いからレンズＷ１の外縁を抽出することで演算できる。

次に、図４に示すように、直交座標型ロボット２０を駆動させ、治具１１に保持された撮像素子Ｗ２の上方に、撮像素子位置検出カメラ３６を移動させる。撮像素子位置検出カメラ３６は、リング照明で撮像素子Ｗ２の上面を照明しながら撮像を行い、制御装置５１で画像処理によって撮像素子Ｗ２の有効画素面の中心位置及び有効画素面のθ方向の傾き角（撮像素子Ｗ２の有効画素面を形成する一辺と、演算に際しての基準線との、Ｚ軸を中心とする回転方向θのずれの角度）を検出する。有効画素面の中心位置及び傾き角の検出には、例えば、撮像画像中のコントラストの違いから撮像素子Ｗ２の外縁の抽出する手法を用いることができる。ここで、レンズＷ１が角形等の回転非対称形状である場合には、撮像素子Ｗ２のθ方向の傾き角に合わせてハンドリング装置３７の回転機構部３８を回転させ、撮像素子Ｗ２とレンズＷ１のθ方向の位置合わせをする。

その後、図５に示すように、直交座標型ロボット２０を駆動させ、接着剤塗布装置３４で撮像素子Ｗ２の上面の中央に少量の紫外線硬化型接着剤を塗布する。さらに、図６に示すように、直交座標型ロボット２０をさらに駆動させ、レンズＷ１を撮像素子Ｗ２に押し付ける。このとき、少量の紫外線硬化型接着剤がレンズＷ１と撮像素子Ｗ２との間で薄い膜を生成すると共に、６軸コンプライアンス機構１０によって撮像素子Ｗ２の上面（接着面）がレンズＷ１の下面（接着面）に倣って移動する。この状態で、６軸コンプライアンス機構１０に供給しているエアーを遮断すると、撮像素子Ｗ２の上面の面傾きがレンズＷ１の下面の面傾きに一致した状態で、撮像素子Ｗ２が固定される。

ここで、レンズＷ１と撮像素子Ｗ２とは、紫外線硬化型接着剤の薄膜を介して当接しているので、前記したようなリンギング現象が防止される。したがって、直交座標型ロボット２０を駆動させると、撮像素子Ｗ２に対してリンギング現象なしに、レンズＷ１を退避させることができる。レンズＷ１と撮像素子Ｗ２とを離隔させたら、リング照明で照明しながら図４に示すように撮像素子位置検出カメラ３６で撮像素子Ｗ２の有効画素面の中心位置及びθ方向の傾き角を再度検出して撮像素子Ｗ２の位置データを作成する。次いで、リング照明で照明しながら、図３に示すようにレンズ位置検出カメラ６及びレンズ高さ検出カメラ７でレンズＷ１の中心位置及びθ方向の傾き角を再度検出してレンズＷ１の位置データを作成する。その後、図５に示すように、撮像素子Ｗ２の上面に接着剤塗布装置３４で紫外線硬化型接着剤を適量塗布する。このときの紫外線硬化型接着剤の塗布量は、先に面合わせの際に塗布した塗布量よりも多い。

そして、画像処理時に作成した撮像素子Ｗ２及びレンズＷ１のそれぞれの位置データに基づいてレンズＷ１の中心位置及びθ方向の傾き角を修正し、撮像素子Ｗ２の有効画素面に正確に合わせてから撮像素子Ｗ２に押し付ける。この状態で、ハンドリング装置３７の爪部４８を開かせて、レンズＷ１を撮像素子Ｗ２上に搭載した状態でハンドリング装置３７を退避させる。そして、直交座標型ロボット２０を駆動させ、紫外線照射装置３３をレンズＷ１の上方に移動させて、紫外線照射装置３３から紫外線を照射して撮像素子Ｗ２に塗布した紫外線硬化型接着剤を硬化させる。そして、このようにして接着したレンズＷ１と撮像素子Ｗ２とからなる光学部品を治具１１から取り出す。

なお、この実施の形態では、面合わせ時の紫外線硬化型接着剤の膜厚を５μｍとすることでレンズＷ１と撮像素子Ｗ２との間のリンギング現象を防止することができた。しかしながら、紫外線硬化型接着剤の膜厚は、接着する光学部品の種類などによって変化させることができ、３μｍ〜８μｍまでの範囲であれば、適宜変化させることが可能である。その理由は、３μｍより膜厚が小さいと光学部品同士が密着してリンギング現象が起きてしまい、８μｍより膜厚が大きいと２つの光学部品の間に角度誤差等が生じてしまうからである。

この実施の形態によれば、少量の紫外線硬化型接着剤を塗布してからレンズＷ１に撮像素子Ｗ２を押し付けてレンズＷ１の下面と撮像素子Ｗ２の上面との面傾きを一致させるようにしたので、レンズＷ１と撮像素子Ｗ２との間のリンギング現象を防止できる。したがって、レンズＷ１と撮像素子Ｗ２とを再び離隔させて位置合わせをすることができるので、高精度に位置決めを行うことができる。この際に、紫外線硬化型接着剤は、少量のみ塗布するので、面合わせの精度を低下させることはない。また、紫外線硬化型接着剤を使用することで、面合わせ後にレンズＷ１と撮像素子Ｗ２の位置を再度検査する間に接着剤が硬化することはない。

なお、本発明は前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、接着対象となる光学部品は、レンズＷ１と撮像素子Ｗ２に限定されない。また、接着する光学部品の数は、３つ以上でも良い。
光学部品同士を面合わせした状態で、離隔させることなく位置合わせを行っても良い。
直交座標型ロボット２０は、Ｙ方向に移動自在に構成されても良い。位置決めをさらに容易に行えるようになる。
また、紫外線照射装置３３は、エンドエフェクタ３０の本体部３１に取り付けるものに限らず、撮像素子Ｗ２を保持する治具１１の凹部１２にセットされた前記撮像素子Ｗ２とレンズＷ１との間の接着剤に対して、ベース部２上において水平方向から、又は斜め上方から紫外線を照射するように、紫外線照射装置３３を前記凹部１２の支持爪１１Ｂがない側のベース部２上に取り付けても良い。

本発明の実施の形態に係る光学部品の接着装置の構成を示す斜視図である。 ハンドリング装置の構成を示す拡大図である。 レンズの位置を検出する工程を示す図である。 撮像素子の位置を検出する工程を示す図である。 紫外線硬化型接着剤を塗布する工程を示す図である。 撮像素子にレンズを押し付ける工程を示す図である。

符号の説明

１ 光学部品の接着装置
５ レンズ位置検出カメラ（画像処理用カメラ）
６ レンズ高さ検出カメラ（画像処理用カメラ）
１０ ６軸コンプライアンス機構（倣い機構）
１１ 治具
３３ 紫外線照射装置
３４ 接着剤塗布装置
３６ 撮像素子位置検出カメラ（画像処理用カメラ）
３７ ハンドリング装置
５１ 制御装置
Ｗ１ レンズ（第一の光学部品）
Ｗ２ 撮像素子（第二の光学部品）

Claims (6)

1. 第一の光学部品と第二の光学部品とを接着剤で接着する光学部品の接着装置であって、
   前記第一の光学部品のハンドリング装置と、前記接着剤を塗布する接着剤塗布装置と、前記ハンドリング装置の可動範囲内に設けられ、前記第二の光学部品を保持可能な治具を有する倣い機構と、前記第一の光学部品を前記第二の光学部品に押し当てて両者の接着面の面傾きを一致させる前に、少なくとも一方の前記光学部品の接着面に前記接着剤塗布装置で前記接着剤を塗布するように制御する制御装置とを備えることを特徴とする光学部品の接着装置。
2. 前記制御装置は、前記第一の光学部品の接着面と前記第二の光学部品との接着面の面傾きを一致させる前に塗布する前記接着剤の塗布量が、面傾きを一致させた後に前記第一の光学部品と前記第二の光学部品とを接着する際に塗布する前記接着剤の塗布量よりも少なくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の光学部品の接着装置。
3. 面傾きを一致させた後に前記第一の光学部品と前記第二の光学部品との相対位置を調整するために、前記第一の光学部品の接着面又は前記第二の光学部品の接着面の少なくとも一方を撮像する画像処理用カメラを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学部品の接着装置。
4. 前記接着剤は、紫外線硬化型の接着剤であり、前記接着剤を硬化させる紫外線照射装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学部品の接着装置。
5. 第一の光学部品と第二の光学部品とを接着剤で接着するにあたり、
   前記第一の光学部品又は前記第二の光学部品の一方に接着時よりも少量の前記接着剤を塗布した後に、前記第一の光学部品に対して前記第二の光学部品を相対的に押し付けて前記光学部品同士の接触面の面傾きを一致させる工程と、
   面傾きを一致させた後に前記第一の光学部品と前記第二の部品の位置合わせをする工程と、
   位置合わせをした後に、前記面傾きを一致させる工程の接着剤よりも塗布量を多くした接着剤を前記第一の光学部品と前記第二の光学部品の一方に塗布して前記第一の光学部品と前記第二の光学部品とを接着する工程と、
   を有することを特徴とする光学部品の接着方法。
6. 前記第一の光学部品と前記第二の部品の位置合わせをする工程は、前記第一の光学部品と前記第二の光学部品を離隔させてから行うことを特徴とする請求項５に記載の光学部品の接着方法。
   
   

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