JP2007086611A - 接合レンズの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合レンズを構成するレンズの光軸を精密に合わせ、光強度のピーク値が最大で、かつ、光強度分布が光軸に対して対称となる接合レンズの製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】 複数のレンズ６ａ，６ｂを接着剤を介して接合する接合レンズ６の製造方法であって、接着剤をレンズ面に塗布して複数のレンズ６ａ，６ｂを接合し、接着剤が未硬化の状態で、複数のレンズ６ａ，６ｂの相互位置合わせ用の調芯光を接合レンズ６に入射させ、接合レンズ６を通過した調芯光の光強度分布を測定し、この光強度分布に応じて、接合レンズ６の各レンズ６ａ，６ｂ相互間における、光軸に直角方向の位置ずれと、光軸に対する傾きと、光軸に沿ったレンズ間隔を調整し、この位置調整後に接着剤を硬化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のレンズの光軸を合わせて、光学機器に使用される高精度な接合レンズを製造する際の製造方法および製造装置に関するものである。

従来より、複数のレンズの光軸を合わせ、接着剤を介して貼り合わせた接合レンズが光学機器等に用いられている。また、この接合レンズにおいて、複数のレンズの光軸を合わせるための方法や装置が各種提案されている。

例えば特許文献１には、接合レンズを構成する各レンズを芯出し用の治具に保持させ、この治具によってレンズの外形上の位置合わせをする芯出し装置が開示されている。ところが、この装置では光学的測定を行わないため、各レンズの特性に基づいた芯出しが行われず、精度が不十分である。さらに、この装置では、接合レンズを構成するレンズの寸法や形状、枚数が、治具に保持されるものに限定されるため、汎用性が乏しい。

特許文献２には、レンズの形状や寸法、枚数が限定されず、光学的測定により光軸を合わせる偏芯測定装置が開示されている。ところが、この装置による芯出しは、レンズの幾何光学的な中心軸を一致させるという調整のみであるため、レンズ全体が有する性能（収差）を制御することができず、レンズ使用時の状態に合った性能を有していない場合がある。

また、従来は、このような偏芯測定装置において、通常、波長の長いハロゲンランプ等を光源として用いるため、使用波長がハロゲン光源よりも短い波長の用途では、接合レンズの偏芯測定は分解能力が不足して対応できず、殊に紫外線領域の光に対しては検出できない。従って、接合レンズを紫外線領域で使用する場合等には、十分な精度を有していないことがある。

一方、複数のレンズ同士の間に空間がある組レンズに関する調整方法が、特許文献３に開示されている。ところが、この方法は、例えば３次コマ収差、５次コマ収差、３次非点収差といった特定の収差に着目してレンズ同士の光軸調整を行っている。このため、レンズの相対位置をわざとずらした収差測定を数回実施しないと収差と各レンズの相対位置の相関がわからない。このため、光軸合わせに時間と手間がかかる点と、着目する特定の収差のみで調整を行うために、その収差を最小とすることはできるが、レンズの集光特性は保証できない点に問題がある。

また、特許文献３の調整方法は組レンズに関するものであるため、接合レンズに関してそのまま適用できない。
特開平９−１１０６３号公報 特開２０００−２３０８８３号公報 特開２００４−１３３１６８号公報

本発明は、上記従来技術を考慮してなされたものであり、接合レンズを構成するレンズの光軸を精密に合わせ、光強度のピーク値が最大で、かつ、光強度分布が光軸に対して対称となる接合レンズの製造方法および製造装置の提供を目的とする。

請求項１の発明は、複数のレンズを接着剤を介して接合する接合レンズの製造方法であって、接着剤をレンズ面に塗布して複数のレンズを接合し、接着剤が未硬化の状態で、複数のレンズの相互位置合わせ用の調芯光を接合レンズに入射させ、接合レンズを通過した調芯光の光強度分布を測定し、この光強度分布に応じて、接合レンズの各レンズ相互間における、光軸に直角方向の位置ずれと、光軸に対する傾きと、光軸に沿ったレンズ間隔を調整し、この位置調整後に接着剤を硬化させることを特徴とする接合レンズの製造方法を提供する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、各レンズをそれぞれ位置調整器に保持させて調芯光を入射させる請求項１の接合レンズの製造方法であって、各レンズを位置調整器にセットする前に、各位置調整器のレンズ保持部の光軸と直角方向の平行度を検出して各位置調整器間のレンズ保持部が所定の平行度となるように平行度を調整することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、レンズをそれぞれ位置調整器に保持させて調芯光を入射させる請求項１の接合レンズの製造方法であって、各レンズを位置調整器にセットする前に、調芯光の光源と光強度分布の測定器との間の間隔を変えながら光強度分布のピーク位置を検出し、該ピーク位置が前記間隔によらず一定になるように光源と測定器の相対位置を調整することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、調芯光は、紫外光を含む波長の光であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、光強度分布が、レンズ光軸に対し対称となるように光軸と直角方向の位置を調整することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、光強度分布のピーク値が最大となるようにレンズ間隔を調整することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、接合レンズを構成するレンズを光軸に対し傾かせながら光強度分布を検出し、光強度分布がレンズ光軸に対し対称となるように光軸に対する傾きを調整することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１の発明を実施するための製造装置において、複数のレンズの相互位置合わせ用の調芯光の光源と、複数のレンズを通過後の調芯光の光強度分布を測定する光軸方向に移動可能な光学測定器と、複数のレンズをそれぞれ別に保持するとともに、光軸と直角なＸ，Ｙ方向および光軸と平行なＺ方向に移動可能で且つＸ軸およびＹ軸廻りに回転可能な位置調整器と、接着剤硬化手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によると、光軸と直角方向のずれおよび光軸に対する傾きを調整しながら、接合レンズを通過した調芯光の光強度分布を測定することにより、接合レンズが有する収差を示す光強度分布が良好になるように、光軸を合わせることができる。そのため、収差に基づいて精密に光軸を合わせることができる。また、光軸に沿ったレンズ間隔の調整を行うことにより、集光する光のピーク値が最大になるように調整して最良の集光特性を得ることができる。このように、レンズの相対位置の３要素を調整しながら光強度分布を検出することにより、偏芯が生じた場合にそれぞれの要素別に調整し、精密に光軸を合わせて最大限の集光性能を有する接合レンズを得ることができる。また、レンズの集光特性を直接測定しており、かつ、収差と集光特性の相互関係を導入することで、集光特性が最良で収差が最小となる位置調整が短時間で可能である。

請求項２の発明によると、レンズを保持する位置調整器間のレンズ保持部が平行になるように初期調整することにより、位置調整器側の平行度のずれがレンズ間の平行度に影響しなくなるため、光軸合わせの信頼性が向上する。

請求項３の発明によると、発光側と受光側との間隔に関係なく光強度分布のピーク位置が一定になるように初期調整することにより、光源と測定器との光軸同士が傾かずに一致するので、測定装置側の光軸のずれがレンズ同士の光軸のずれに影響しなくなる。そのため、レンズを取り付けた後に光強度分布の正確な検出ができ、光軸合わせの信頼性が向上する。

請求項４の発明によると、可視光に加えて、紫外光を含む短波長に関して光強度分布を検出することにより、より精密に調整できる。また、接合レンズが紫外線領域で使用される場合にも最良の収差性能が得られ、汎用性が広がる。

請求項５の発明によると、レンズの位置を光軸と直角方向に調整しながら光強度分布をチェックすることにより、その方向のずれにより偏芯が生じている場合（光軸同士が平行で位置がずれている場合）に、的確に調整して光軸合わせをすることができる。

請求項６の発明によると、接着層によるレンズ間隔を変えながら光強度分布をチェックすることにより、光強度分布のピーク値が最大で集光性能を最大にして、最良の収差が得られるようにレンズ間隔を調整することができる。

請求項７の発明によると、レンズの位置を光軸に対し傾かせながら光強度分布をチェックすることにより、レンズの傾きにより偏芯が生じている場合に、的確に調整して軸合わせをすることができ、光軸同士の傾きをなくして最良の収差を得ることができる。

請求項８の発明によると、簡単な構成により、上記の効果を有する請求項１の発明を実施することができる。

図１は、本発明の接合レンズの製造装置の構成を示す概略図である。製造装置１は、調芯光を発する光源２と、光学測定器３と、接合レンズ６を構成する各レンズ６ａ，６ｂのそれぞれの位置調整器４，５と、接着剤硬化手段（不図示）と、光学測定器３による検出結果を表示するモニタ８を備えたパソコン７とで構成される。

近年、例えば次世代ＤＶＤ等において、可視光よりも短波長の紫外線領域で接合レンズが用いられる場合があるため、光源２が発する調芯光は、接合レンズ６の用途に応じて、例えば波長が４０５ｎｍ、ビーム径が５ｍｍの半導体レーザとする。尚、紫外線硬化樹脂からなる接着剤でレンズ６ａ，６ｂを接着する場合、接着剤が硬化する例えば２００〜３６５ｎｍの波長に近い光は調芯光として使用しない。

光学測定器３は、例えば市販のニアフィールドパターン［ＮＦＰ（Near Field Pattern）］光学系が用いられ、短波長の調芯光に対応するために、波長４００〜８００ｎｍ、開口数ＮＡが０．４５〜０．９５、光学倍率が最大２０００倍の性能を有するものとする。光学測定器３は、光軸と同方向のＺ軸に沿って移動可能な位置調整部３１を備える。

レンズの位置調整器４，５は、図に示すように、例えば２枚のレンズ６ａ，６ｂをそれぞれ支持するレンズ把持治具４１，５１と、そのレンズ把持治具４１，５１の位置をそれぞれ各方向別に調整する位置調整部４２，５２からなる。レンズ把持治具４１，５１は、この位置調整部４２，５２により、光軸（Ｚ方向）に対してＸ方向、Ｙ方向それぞれに移動可能であるとともに、Ｘ，Ｙ方向それぞれの軸廻りに回転可能であり、角度θ_Ｘ，θ_Ｙが調整可能である。また、２個のレンズ把持治具４１，５１のうち、少なくとも一方は、光軸と同方向のＺ軸方向に移動可能である。

光学測定器３の位置調整部３１と、レンズ把持治具４１，５１の位置調整部４２，５２は、それぞれパソコン７に接続され、パソコン７を操作することにより、各位置調整部３１，４２，５２が制御される。また、光学測定器３によって検出される光強度分布１１等は、パソコン７のモニタ８上に表示される。

図２は、図１の装置を用いた本発明の実施手順を示すフローチャートである。以下、図面に従って、接合レンズの製造方法を説明する。

ステップＳ１：各レンズを設置する前に、光源と光学測定器との光軸を合わせる初期設定を行う。図３は、図１の装置において、光源２と光学測定器３との光軸合わせを行う状態を示す。図３に示すように、光源２から発する調芯光を、ピンホール９０が形成されたアパーチャ部材９を通過させて光学測定器３に入射させる。このとき、光学測定器３をＺ軸方向に移動させながら、光強度を検出する。光学測定器３のＺ軸方向の任意の位置において、受光点の位置が同じであれば、光源２と光学測定器３との光軸が一直線上に一致している。光学測定器３のＺ方向の位置によって受光点が移動する場合には、光学測定器３が光軸に対して傾いているので、光学測定器３の取付位置を修正する。

ステップＳ２：各レンズ把持治具のレンズ取付面を平行になるように調整する初期設定を行う。図４（Ａ）は、図１の装置において、レンズ把持治具４１，５１の平行度調整を行う状態を示す。市販のオートコリメータ１０を用いて、各レンズ把持治具４１，５１のレンズ取付面４３，５３が互いに平行で且つ光源２の光軸と直交するように調整する。なお、光軸との直交は、光源２の光軸に基準面を形成しておき、その面からの反射光をひろうようにして調整する。また、オートコリメータ１０を用いず、ビームスプリッタ（ハーフミラー）を使用して調整してもよい。ビームスプリッタを用いた調整方法を図４（Ｂ）に示す。光源２からの出射光と、出射光の各レンズ把持治具４１，５１のレンズ取付面４３，５３からの反射光をビームスプリッタ５４でカメラ等の撮像装置５５に入射させ、それらすべてが撮像装置５５につながるモニタ画面上の同じ輝点として観察されるときに、レンズ取付面４３，５３は互いに平行で、かつ、レンズ取付面４３，５３と光源からの出射光は直交する。これにより、高倍率の光学測定器３によって実際にレンズの光軸に対する偏芯を検出する際に、偏芯が大きすぎてモニタ上に表示されなくなるのを防ぎ、光強度分布の検出を行いやすくする。尚、ステップＳ２の作業は、レンズを取り付ける前でもよいし、取り付けた後に行ってもよい。

ステップＳ３：紫外線硬化型の接着剤を各レンズの接着面に塗布して貼り合わせ、接着剤が未硬化の状態で、図１に示すように、各レンズ把持治具４１，５１にレンズ６ａ，６ｂを取り付け、各レンズ６ａ，６ｂの位置調整を行う。光源２から接合レンズ６を通過させた調芯光を光学測定器３に入射させ、光学測定器３をＺ軸方向に移動させて、光学測定器３の受光面に調芯光の焦点を合わせる。光学測定器３により、接合レンズ６の集光、および接合レンズ６から一定距離の空間に広がった調芯光の強度分布を検出する。検出結果は、リアルタイムでパソコン７のモニタ８に表示される。各レンズ６ａ，６ｂの位置調整は、光強度分布がピーク値に対して対称形となり、且つピーク値が最大となるまで行われる。

図５は、モニタ８に表示される光強度分布の例を示す。（Ａ）は、ピーク値Ｐが光軸上に位置し、そのピーク値Ｐを中心として光強度分布が対称形であり、レンズの光軸が合っている状態を示す。（Ｂ）は、接合レンズから広がる光強度分布がピーク値Ｐに対して対称形ではなく、光軸が偏芯していることを示す。このような光強度分布をモニタ８でチェックしながら、例えば一方のレンズ把持治具を固定したままで、他方のレンズ把持治具をＸ軸またはＹ軸、θ_Ｘ、θ_Ｙの各方向にずらせて、光強度分布の偏芯が最小となるように、レンズの位置を調整する。このようにして、例えば図１の左側のレンズ把持治具４１に支持されたレンズ６ａを固定して、右側のレンズ把持治具５１に支持されたレンズ６ｂの位置を調整しても偏芯が十分に減少しない場合は、反対にレンズ６ｂを固定し、レンズ６ａを各方向に位置調整して光強度分布をチェックする。通常は、一方のレンズを調整することにより光軸が合わせられるが、例えば各レンズ６ａ，６ｂの厚さや曲率が著しく異なる場合等、一方のレンズを調整するだけでは偏芯が解消されないときには、偏芯が最小となるまで、両側のレンズを片方ずつ調整する作業を反復する。

次に、レンズ間の接着層厚さ、すなわち各レンズ６ａ，６ｂ間の距離を調整し、光強度分布のピーク値が最大となるようにする。図６は、接合レンズ６を構成する各レンズ６ａ，６ｂ間の接着層厚さによる光強度分布のピーク値の例を示すグラフである。調芯光は、波長が４０５ｎｍと６６０ｎｍの２種類であり、ピーク値の最大値を１とした場合の相対値を表している。図６に示すように、接着剤の厚さによりピーク値が異なるため、いずれか一方のレンズ把持治具をＺ軸方向に移動させて、ピーク値が最大となる位置、例えば図６の場合には接着層厚さを１０μｍに調整する。

図６に示すように、接着層の厚さによるピーク値の違いは、紫外光（４０５ｎｍ）に近い方が顕著に表れる。そのため、ピーク値を識別しやすい。また、可視光領域ではほぼピーク値となる接着層の厚さでも、紫外線領域で使用される場合にはピーク値よりも低い光強度となることがある。また、調芯光の波長にかかわらず、ピーク値を示す接着層厚さは同じである。従って、接合レンズを製造する際には、紫外光またはそれに近い短波長による調芯光を用いて光強度分布を検出することが好ましい。

ステップＳ４：上記のＳ３の作業により、偏芯が最小になり、すなわち、光軸に直角方向の位置ずれおよび光軸同士の傾きがない状態で、且つピーク値が最大になった位置、すなわち、最大の集光効果が得られるレンズ間隔となった位置で各レンズ把持治具４１，５１を固定し、所定の紫外線を照射して接着剤を硬化させる。接着剤の種類は、紫外線硬化樹脂には限らない。

尚、上記の実施例では、接合レンズ６を構成するレンズが２枚の場合を示したが、本発明は、レンズの枚数に応じてそれぞれレンズ位置調整器を設けることにより、同様に実施可能である。

本発明は、２枚またはそれ以上の枚数のレンズを重ね合わせて用いる高性能な接合レンズの製造方法および製造装置として適用できる。

本発明の実施例を示す装置構成図。 本発明の実施手順を示すフローチャート。 光軸合わせの初期調整時の状態を示す装置構成図。 平行調整の初期調整時の状態を示す装置構成図。 光強度分布の表示例を示す正面図。 レンズ間の接着剤厚さに対するピーク値を示すグラフ。

符号の説明

１：製造装置、２：光源、３：光学測定器、４，５：位置調整器、６：接合レンズ、６ａ，６ｂ：レンズ、７：パソコン、８：モニタ、９：アパーチャ部材、１０：オートコリメータ、１１，１１ａ，１１ｂ：光強度分布、３１，４２，５２：位置調整部、４１，５１：レンズ把持治具、４３，５３：レンズ取付面、５４：ビームスプリッタ、５５：撮像装置、９０：ピンホール。

Claims (8)

1. 複数のレンズを接着剤を介して接合する接合レンズの製造方法であって、
   接着剤をレンズ面に塗布して前記複数のレンズを接合し、該接着剤が未硬化の状態で、
   前記複数のレンズの相互位置合わせ用の調芯光を該接合レンズに入射させ、
   接合レンズを通過した調芯光の光強度分布を測定し、
   この光強度分布に応じて、該接合レンズの各レンズ相互間における、光軸に直角方向の位置ずれと、光軸に対する傾きと、光軸に沿ったレンズ間隔を調整し、
   この位置調整後に前記接着剤を硬化させることを特徴とする接合レンズの製造方法。
2. 各レンズをそれぞれ位置調整器に保持させて前記調芯光を入射させる請求項１の接合レンズの製造方法であって、
   各レンズを位置調整器にセットする前に、各位置調整器のレンズ保持部の光軸と直角方向の平行度を検出して各位置調整器のレンズ保持部間が所定の平行度となるように平行度を調整する請求項１に記載の接合レンズの製造方法。
3. 各レンズをそれぞれ位置調整器に保持させて前記調芯光を入射させる請求項１の接合レンズの製造方法であって、
   各レンズを位置調整器にセットする前に、前記調芯光の光源と前記光強度分布の測定器との間の間隔を変えながら光強度分布のピーク位置を検出し、該ピーク位置が前記間隔によらず一定になるように前記光源と前記測定器の相対位置を調整する請求項１又は２に記載の接合レンズの製造方法。
4. 前記調芯光は、紫外光を含む波長の光である請求項１〜３のいずれかに記載の接合レンズの製造方法。
5. 前記光強度分布が、レンズ光軸に対し対称となるように前記光軸と直角方向の位置を調整する請求項１〜４のいずれかに記載の接合レンズの製造方法。
6. 前記光強度分布のピーク強度が最大となるように前記レンズ間隔を調整する請求項１〜５のいずれかに記載の接合レンズの製造方法。
7. 前記接合レンズを構成するレンズを光軸に対し傾かせながら前記光強度分布を検出し、該光強度分布がレンズ光軸に対し対称となるように前記光軸に対する傾きを調整する請求項１〜６のいずれかに記載の接合レンズの製造方法。
8. 複数のレンズの相互位置合わせ用の調芯光の光源と、
   前記複数のレンズを通過後の調芯光の光強度分布を測定する光軸方向に移動可能な光学測定器と、
   前記複数のレンズをそれぞれ別に保持するとともに、光軸と直角なＸ，Ｙ方向および光軸と平行なＺ方向に移動可能で且つＸ軸およびＹ軸廻りに回転可能な位置調整器と、
   接着剤硬化手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の接合レンズの製造方法を実施するための接合レンズの製造装置。
   

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