JP2007108195A

JP2007108195A - レンズユニット

Info

Publication number: JP2007108195A
Application number: JP2005295876A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yoshioka; 晋吉岡; Akira Sato; 章佐藤; Ichiro Taniguchi; 一郎谷口; Hirosuke Niitsuma; 弘裕新妻
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】温度変化に対し、光学的距離を一定とし、限られたスペースであっても配置可能であるレンズユニットを提供する。
【解決手段】光軸方向ａ−ａに配置され、側面が前記光軸と平行な一対の平行面、正面及び側面がレンズ面をなす短冊状に形成された複数の短冊状レンズ２ａ，２ｂと、これら複数の短冊状レンズを前記側面のレンズ面中央と近い部分で連結する連結部材３ａとを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光軸方向に複数のレンズを配置してなるレンズユニットに関する。

従来、光学機器の設計において、複数枚のレンズを備え、レンズの屈折率、レンズ面、レンズ間の距離といった光学的距離に関わるパラメータを最適値に設計し、所望の光を集光させるレンズユニットがある。

一般的に、このレンズユニットは複数枚のレンズを円筒状の鏡筒内に固定して形成され、その鏡筒は温度変化があってもレンズ間の光学的距離を維持できる設計がなされている（特許文献１）。最も一般的な設計の一つに、線膨張係数の小さな材質であるインバー合金を鏡筒の材料として、使用する方法等がある。
特開平５−２４９３５９、段落０００２、図１〜図３

ところで、レーザ光ビームを一次元走査してワークの寸法を精密測定するレーザ・スキャン・マイクロメータ（ＬＳＭ）等に用いられるレンズでは、光ビーム走査が一次元であることから、走査範囲の部分のみを切り出した短冊状のレンズが用いられることがある。このような短冊状レンズを複数組み合わせて光学系を構成した場合、スペースの関係上、鏡筒を複数の短冊状の支持部材として用いることは困難である。

そこで、金属板に複数の短冊状レンズを接着剤で固着して複数の短冊状レンズを支持することが考えられる。しかしこの場合、接着剤がエポキシ系接着剤のように剛性接着剤であると、金属板とレンズとの間の熱膨張差や振動および衝撃でレンズが割れてしまうという問題がある。また、接着剤がシリコン系接着剤のように弾性接着剤であると、複数の短冊状レンズの相対位置が変化して焦点位置が変化してしまうという問題がある。

本発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであって、温度変化によらず複数の短冊状レンズが相対位置をずれないように固定され、限られたスペースであっても配置可能であるレンズユニットを提供することを目的とする。

本発明に係るレンズユニットは、光軸方向に配置され、側面が前記光軸と平行な一対の平行面、正面及び背面がレンズ面をなす短冊状に形成された複数の短冊状レンズと、これら複数の短冊状レンズを前記側面のレンズ面中央と近い部分で連結する連結部材とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るレンズユニットによれば、複数の短冊状レンズと、これら複数の短冊状レンズを前記側面のレンズ面中央と近い部分で連結する連結部材とを備えているので、狭いスペースであっても、レンズの相対位置を固定することが可能となるとともに、連結部材に伸縮が生じた場合であっても、レンズとの接触部分はレンズ面中央部だけであるためレンズが割れることはなく、光軸からずれるおそれもない。

なお、前記連結部材は、線膨張係数が５〜６×１０^−６（／Ｋ）であることが好ましく、このように連結部材の線膨張係数をレンズの線膨張係数に近い値とすることにより、温度変化によるレンズの割れを防ぐことが可能となる。

また、前記連結部材と、前記連結部材によって連結された前記複数の短冊状レンズとを支持する支持部材を更に備えるようにしても良い。この場合、連結部材と支持部材とを別部材とすることにより、レンズユニット全体を安価に、加工性良く製作することが可能となる。

また、前記連結部材と前記複数の短冊状レンズとは、エポキシ系接着剤により固着されていることが好ましく、より確実に相対位置を決定することが可能となる。

また、前記連結部材及び複数の短冊状レンズと前記支持部材とは、シリコン系接着剤により固着されていることが好ましく、弾性を有するシリコン系接着剤であることから、固着する部材の線膨張係数が異なる場合であっても、レンズの割れを生じさせることはなく、より強固に固定することが可能となる。

また、前記連結部材は、前記支持部材に位置決めピン又はねじにより固定されていることが好ましく、さらに強固に固定することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、温度変化によらず複数の短冊状レンズが相対位置をずれないように固定され、限られたスペースであっても配置可能であるレンズユニットを提供することができる。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明に係る第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るレンズユニットの斜視図であって、図２は図１のＡ−Ａ’方向断面図、図３は支持部材４の斜視図である。

図１に示すように、レンズユニット１１は、側面が光軸と平行な一対の平行面、正面、背面がレンズ面をなす２枚の短冊状レンズ２ａ、２ｂと、短冊状レンズ２ａと２ｂを、その側面のレンズ面中央と近い部分で連結する低膨張材からなる連結部材３ａと、この連結部材３ａを支持する支持部材４とを備えている。

短冊状レンズ２ａは凸レンズ、短冊状レンズ２ｂは凹レンズであって、各々のレンズ面の曲率は異なるように成形されているので、短冊状レンズ２ａ、２ｂのレンズ面の間には、空気層５が形成される。このように空気層５が形成されると、４つのレンズ面をパラメータとすることができ、レンズ設計が容易になる。

図２に示すように短冊状レンズ２ａ、２ｂと連結部材３ａとの間は、剛性接着剤、例えばエポキシ系接着剤６により固着されている。したがって、短冊状レンズ２ａ、２ｂ間の相対距離は一定に維持することができる。更に、短冊状レンズ２ａ、２ｂは、それぞれの縁部の辺の中心部を通り連結されているので、たとえ連結部材３ａが膨張あるいは収縮したとしても、光軸ａ−ａからずれることはない。また、連結部材３ａは短冊状レンズ２ａ，２ｂの一部のみと接触しているので、短冊状レンズ２ａ，２ｂが割れることはない。ここで、連結部材３ａは、短冊状レンズ２ａ、２ｂとほぼ同等の線膨張係数５×１０^−６〜６×１０^−６［／Ｋ］を有する例えば、コバール（商標：ニラコ社製）等の低膨張材料が適している。

また、連結部材３ａと支持部材４との間は、弾性接着剤、例えばシリコン系接着材７により固着されている。したがって、連結部材３ａと支持部材４との接着面に長さの差が生じたとしてもシリコン系接着材７の弾性により吸収されるため、それぞれの部材に余計な負荷が加わらず、短冊状レンズ２ａ，２ｂの割れを招かない効果が導かれる。

図３に示すように支持部材４は、短冊状レンズ２ａ、２ｂの重量を支える突出部４１と、他の部材に装着させるために支持部材４の端部に形成された４つの螺子穴部４２と、短冊状レンズ２ａ、２ｂの側面に対向する面に形成された複数のガス穴部４３とを有する。シリコン系接着剤７は空気中の水分（湿度）によって硬化する。接着面が大きい場合、シリコン系接着剤７は、空気と接触している端部においては、早く硬化するが、空気と接触することのない接着面の中心部分等においては、硬化に長時間を要し、さらには、十分に硬化しないことがある。そこで、複数のガス穴部４３が設けられており、どの接着面からも、空気と接触する部分までの距離が大きくならず、その距離が略一定となり、シリコン系接着材７を全体に亘って均一に、且つ迅速に硬化することが可能とされている。

（第２実施形態）
図４、図５を参照して、本発明に係る第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係るレンズユニット１２の斜視図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ’断面図である。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、短冊状レンズ２ａ，２ｂの両側面に連結部材３ａ，３ｂが備えられ、連結部材３ａに位置決め孔３１、支持部材４に突出して形成された位置決めピン４４を備える点である。連結部材３ｂは、連結部材３ａと短冊状レンズ２ａ、２ｂを挟んで対向する位置に配置され、エポキシ接着剤６により固着されている。また、位置決め孔３１は位置決めピン４４に嵌合可能に形成されている。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して、本発明に係る第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係るレンズユニット１３の斜視図である。第２実施形態と異なる箇所は、短冊状レンズ２ａ，２ｂが、凸型の短冊状レンズ２ｃに置換されている点である。このような構成によって、第１及び第２実施形態とは異なる光学系を設計することが可能となる。

（第４実施形態）
次に、図７を参照して、本発明に係る第４実施形態について説明する。図７は、第４実施形態に係るレンズユニット１４の斜視図である。第３実施形態と異なる箇所は、さらに一つの短冊状レンズ２ｃと、その短冊状レンズ２ｃを連結する連結部材３ａ及び３ｂとを加え、支持部材４の代わりに３枚の短冊状レンズ２ｃを設置可能なように支持部材４と比較して光軸ａ−ａ方向に長く形成された支持部材４’を有する点である。この支持部材４’には、３枚の短冊状レンズ２ｃの重量を支える突出部４１’と、支持部材４’の端部に形成された４つの螺子穴部４２と、３枚の短冊状レンズ２ｃの側面に対向する面に形成された複数のガス穴部（図示略）と、２つの位置決めピン４４とが形成されている。このような構成によって、第１乃至第３実施形態とは異なる光学系を設計することが可能となる。また、片面に２つ連結部材３ａ又は３ｂを使用する必要はなく、図に示すよりも光軸方向に長い連結部材を片面に一つ使用して、３枚の短冊状レンズ２ｃを連結する構成であってもかまわない。

（第１変形例）
次に、図８を参照して、本発明に係る第２実施形態の第１変形例について説明する。図８は、第１変形例に係る図４のＢ−Ｂ’断面図である。支持部材４には、穴部４５が設けられている。螺子８等により、位置決め孔３１と穴部４５を螺子止めが可能である。また、シリコン系接着剤７で接着することにより、さらに強固に固定することも可能である。

（第２変形例）
次に、図９を参照して、本発明に係る第２実施形態の第２変形例について説明する。図９は、第２変形例に係る図４のＢ−Ｂ’断面図である。連結部材３ａには突出した形状からなる突部３２が成形されている。この突部３２は穴部４５と嵌合可能に形成されている。また、シリコン系接着剤７で接着することにより、さらに強固に固定することも可能である。

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではい。例えば、上記実施形態では、レンズが２枚或いは３枚の構成において本発明を説明したが、レンズは更に複数枚であっても本発明を適応可能である。

本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの斜視図である。本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットのＡ−Ａ’方向断面図である。本発明の第１実施形態にかかる支持部の斜視図である。本発明の第２実施形態にかかるレンズユニットの斜視図である。本発明の第２実施形態にかかるレンズユニットのＢ−Ｂ’方向断面図である。本発明の第３実施形態にかかるレンズユニットの斜視図である。本発明の第４実施形態にかかるレンズユニットの斜視図である。本発明の第２実施形態の第１変形例にかかるレンズユニットのＢ−Ｂ’方向断面図である。本発明の第２実施形態の第２変形例にかかるレンズユニットのＢ−Ｂ’方向断面図である。

符号の説明

１１，１２，１３，１４…レンズユニット、２ａ，２ｂ，２ｃ…短冊状レンズ、３ａ，３ｂ…連結部材、３１…位置決め孔、３２…突部、４，４’…支持部材、４１，４１’…突出部、４２…螺子穴部、４３…ガス穴部、４４…位置決めピン、４５…穴部、５…空気層、６…エポキシ系接着剤、７…シリコン系接着材、８…螺子。

Claims

光軸方向に配置され、側面が前記光軸と平行な一対の平行面、正面及び背面がレンズ面をなす短冊状に形成された複数の短冊状レンズと、
これら複数の短冊状レンズを前記側面のレンズ面中央と近い部分で連結する連結部材と
を備えたことを特徴とするレンズユニット。
前記連結部材は、線膨張係数が５〜６×１０^−６（／Ｋ）であることを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。
前記連結部材と、前記連結部材によって連結された前記複数の短冊状レンズとを支持する支持部材を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のレンズユニット。
前記連結部材と前記複数の短冊状レンズと前記支持部材とは、エポキシ系接着剤により固着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項記載のレンズユニット。
前記連結部材及び複数の短冊状レンズと前記支持部材とは、シリコン系接着剤により固着されていることを特徴とする請求項３記載のレンズユニット。
前記連結部材は、前記支持部材に位置決めピン又はねじにより固定されていることを特徴とする請求項３又は５記載のレンズユニット。