JP2008170905A - レンズ固定方法およびレンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】レンズとホルダが互いに相溶性でない場合に両者を固定でき、レンズ光軸方向の力に対して強い抜けの抵抗力を持つ固定を実現できるレンズ固定方法を提供する。
【解決手段】樹脂製のホルダ１０の、レンズ光軸に平行な内周面部を固定部ＹＰとし、ホルダ内にレンズ３０を保持させて、レンズの最外周コバ面３１Ａを、固定部ＹＰに近接もしくは当接させ、固定用のレーザ光ＭＬをレンズ３０内を通して固定部ＹＰに照射して、固定部ＹＰにおけるホルダ内周面を融解させたのち固化し、融解した樹脂の変形部１０Ａでレンズ３０の最外周コバ面３１Ａを固定し、レンズ３０の光軸方向へ作用する力Ｆに対する、レンズ３０のホルダ１０からの抜けの抵抗力を高める。
【選択図】図１

Description

この発明は、レンズ固定方法およびレンズユニットに関する。

光学装置に用いられるレンズは一般に、レンズセルあるいは鏡筒と呼ばれる「筒状のホルダ」に固定的に保持される。レンズをホルダに固定する方法の１つとして「レーザ光による溶着を利用するもの」が知られている（特許文献１、２等）。

レーザ光による溶着を利用してホルダにレンズを固定する方法は、接着による固定方法の問題点である「作業効率の低さ」や、「熱かしめ」による固定方法の問題点である「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」がなく、固定方法として優れている。

特許文献１は、ホルダに形成された「フランジ状の固定部」に、レンズの有効レンズ面外に形成された外周部を接触させ、レーザ光によりホルダの固定部を融解させ、融解した樹脂をレンズ外周部に形成された微少凹凸部に入り込ませて両者の固定を行う。
この固定方法の場合、レンズ外周部の微小凹凸の深さ方向が、レンズ光軸方向に向いているため、ホルダに固定されたレンズに「レンズ光軸方向の力」が作用した場合、レンズとホルダの固定が外れやすく「レンズ光軸方向の力」によりレンズがホルダから抜けやすい。即ち、レンズとホルダとの固定状態は「レンズ光軸方向の力」に対する「抜けの抵抗力」が小さい。

特許文献２には、同じ材質の樹脂によるホルダとレンズとをレーザ光により相溶させて、両者を溶着させる固定方法が開示されているが、この固定方法は、相溶性のないホルダとレンズとの間を固定するのには使えない。

特開２００５−３１６０４４ 特開２００６− １１２３４

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、例えば、樹脂による筒状のホルダ内にガラスレンズを固定する場合のように、レンズとホルダが互いに相溶性でない場合に両者を固定でき、しかも「レンズ光軸方向の力」に対して強い「抜けの抵抗力」を持つ固定を実現できるレンズ固定方法の提供、およびこの固定方法で製造されるレンズユニットの提供を課題とする。

この発明のレンズ固定方法は「レンズを、このレンズに対して相溶性のない樹脂で形成された筒状のホルダ内に固定する方法」であって、以下の特徴を有する（請求項１）。
即ち、樹脂製のホルダの「（レンズを保持した状態における）レンズ光軸に平行な内周面部を固定部とし、ホルダ内にレンズを保持させて、レンズの最外周コバ面を固定部に近接もしくは当接させる。

この状態で、レンズ内を通して固定部に「固定用のレーザ光」を照射して、固定部におけるホルダ内周面を融解させたのち固化し、「融解した樹脂の変形部」でレンズの最外周コバ面を固定する。
これにより「レンズの光軸方向へ作用する力」に対する、レンズのホルダからの「抜けの抵抗力」を高める。即ち、固定されたレンズがホルダから容易に抜けないように固定する。

「レンズの最外周コバ面」は、レンズ両面の最外周部をつなぎ、レンズ最外周の厚みをなす部分であり、光軸に平行な周面あるいは、光軸に対して傾いた錐面状の周面である。

ホルダの固定部をなす内周面は、固定されたレンズの光軸に平行であるが、レンズ光軸に直交する断面の形状は、固定されるレンズの最外周コバ面の形状（レンズ光軸方向から見た形状）と対応する。これらの形状は円形であることも、多角形であることもできるし、楕円形状や長方形形状等、レンズの最外周コバ面の形状に応じた種々の形状であることができる。また、筒状のホルダは、上記固定部がレンズ光軸に平行であればよく、固定部以外の他の部分は「レンズを固定部に挿入できる限り」適宜の形状をしていてよい。

ホルダは樹脂製であり、ホルダを構成する樹脂を以下「ホルダ樹脂」という。
請求項１記載のレンズ固定方法において、ホルダ内に固定されるレンズの最外周コバ面を予め粗面化しておくことができる（請求項２）。この場合、固定用のレーザ光の照射により融解したホルダ樹脂は熱により変形して、レンズ最外周コバ面の粗面の微小な凹凸に入り込み、レンズをホルダに固定する。
請求項１記載のレンズ固定方法において、ホルダ内に固定されるレンズの最外周コバ面に予め「凹構造」を形成しておき、融解したホルダ樹脂を、熱による変形により凹構造の凹部に入り込ませてレンズを固定することができる（請求項３）。

請求項１記載のレンズ固定方法において、ホルダ内に固定されるレンズの最外周コバ面に予め「凹凸構造」を形成しておき、融解したホルダ樹脂を、熱による変形により凹凸構造の凹部に入り込ませてレンズを固定することができる（請求項４）。

請求項３または４記載のレンズ固定方法において、レンズの最外周コバ面の「凹構造もしくは凹凸構造」に緩く係合しあう「凸構造もしくは凸凹構造」を、予め「ホルダの固定部に形成」しておき、両者を係合させた状態で固定部へのレーザ光照射を行うことができる（請求項５）。即ち、レンズの最外周コバ面の「凹構造もしくは凹凸構造」とホルダの固定部に形成された「凸構造もしくは凸凹構造」を係合させた状態で、固定部のホルダ樹脂を融解させ、熱による変形で、係合を強硬なものとして固定するのである。

この請求項５記載のレンズ固定方法においては「レンズの最外周コバ面に形成された凹凸構造と、ホルダの固定部に形成された凸凹構造とを、互いに螺合しあう螺子構造」とすることができる（請求項６）。

請求項１記載のレンズ固定方法において、レンズの最外周コバ面を「光軸方向へのテーパ面」として形成し、固定部において融解し、熱により変形したホルダ樹脂により上記テーパ面でレンズを固定することができる（請求項７）。

請求項２〜７の任意の１に記載のレンズ固定方法において、樹脂製のホルダ内に固定されるレンズがガラスレンズであることができる（請求項８）。
請求項１〜７の任意の１に記載のレンズ固定方法において、レンズおよびホルダが「互いに相溶性の無い異なる樹脂」であり、ホルダの固定部を融解し、融解したホルダ樹脂の熱によりレンズの最外周コバ面部分を融解し、ホルダとレンズとの固定部において「融解した樹脂同士の凹凸構造を形成して固化させる」ことができる（請求項９）。この請求項９の場合は、レンズの最外周コバ面を粗面化したり、凹構造や凹凸構造を形成したりしなくても、融解した樹脂相互が相溶性を持たないので、各樹脂の熱による変形により、両者が接触する部分に「凹凸構造」が自然に形成される。

レンズとホルダの材料としての「相溶性の無い異なる樹脂の組合せ」としては、以下の如きものを例示することができる。

レンズ ホルダ樹脂
ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー） ＰＣ（ポリカーボネート）
ＣＯＰ ＬＣＰ（液晶ポリマー）
ＣＯＰ ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）
ＣＯＰ ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）
ＰＣ ＬＣＰ
ＰＣ ＰＢＴ
ＰＭＭＡ ＬＣＰ
ＰＭＭＡ ＰＢＴ 。

この場合にも、レンズの最外周コバ面やホルダの固定部に凹凸構造を形成したり、レンズの最外周コバ面を粗面化したりすることにより、上記「凹凸構造」の形成が有効に助長される。また、凹凸構造や凹構造を形成すると、レンズをホルダに固定するときに、レンズに作用する「熱膨張するホルダ樹脂からの力」を有効に軽減させることができる。

請求項１〜９の任意の１に記載のレンズ固定方法において「レンズの有効レンズ面領域外に、レンズ形状の一部としてレーザ光反射面を予め形成しておき、レンズ光軸方向から照射される固定用のレーザ光を、レーザ光反射面により反射させて、固定部へ照射する」ことができる（請求項１０）。

また、請求項１〜９の任意の１に記載のレンズ固定方法において「ホルダに固定されるレンズの、固定用のレーザ光が入射する「入射側レンズ面の有効レンズ面領域外」に、レンズ形状の一部として、レンズ光軸に対して傾いた屈折面を形成しておき、固定用のレーザ光を上記屈折面からレンズ内に入射させ、上記屈折面により固定用のレーザ光を最外周コバ面に向けて屈折させることにより、固定部に照射する」ことができる（請求項１１）。

この発明のレンズユニットは、請求項１〜１１の任意の１に記載のレンズ固定方法により、樹脂製のホルダに、このホルダの樹脂と相溶性のない材質のレンズを固定してなるレンズユニットである（請求項１２）。

以上に説明したように、この発明のレンズ固定方法では、レンズとホルダとが相溶性がない材質であるにも拘わらず樹脂製のホルダにレンズを固定できる。この固定は、レンズの最外周コバ面と「レンズ光軸に平行なホルダ内周面」とを「凹凸構造」で固定するので「レンズ光軸に平行な力」がレンズに作用しても、上記凹凸構造による固定が容易に降伏することがなく、レンズのホルダに対する「抜けの抵抗力」が極めて大きい。

図１は、請求項９、１０記載のレンズ固定方法の実施の１形態を説明するための図である。図１（ａ）において、符号１０はホルダ、符号２０、３０はレンズ、符号４０は押さえ部材、符号５０は「開口絞りとなる遮光板」、符号ＭＬは固定用のレーザ光を示している。

ホルダ１０は筒状であり、図における下方の端部の、符号１１で示す部分は「光束通過用開口を有するレンズ受け部」であり、ホルダ１０における図の上方の部分は、レンズ挿入用に開放した「レンズ挿入部」となっている。レンズ挿入部はまた「レーザ光ＭＬの入射部」でもある。

図１の実施の形態においては、ホルダ１０に２枚のレンズ２０と３０とが挿入配置され、これらレンズ２０、３０の間に開口絞りとなる遮光板５０が配置されている。レンズ２０は、一方のレンズ面をレンズ受け部１１の開口位置に合せ「有効レンズ面領域」外の部分をレンズ受け部１１に受けられている。

図１（ａ）の状態は「レーザ光によるレンズ３０の固定が行われている状態」を示している。レンズ光軸方向は図の上下方向である。レンズ光軸が図の上下方向であることに関しては、以下の実施の各形態においても同様である。

なお、この実施の形態において、ホルダ１０の内周面は円筒面を形成し、レンズ２０、３０の形状は何れも円形である。遮光板５０は、レンズ２０、３０の間に配置され「レンズ周辺部を遮光する開口絞り」として機能する。
レンズ３０は、遮光板５０を介してレンズ２０に重なるように配置されている。
レンズ３０は、図に示す「有効レンズ面領域」の外側にコバ部（レンズ３０の一部をなすが、レンズとして機能しない部分）を有する。レンズ３０の「コバ部」は主として４つの「コバ面部分」を有する。即ち、レンズ光軸に平行なコバ面部分３１Ａと、図１（ａ）において「上側レンズ面の、有効レンズ面領域の外側にあるコバ面部分３１Ｂと、下側レンズ面の有効レンズ面領域外にあるコバ面部分３１Ｃと、下側のレンズ面の有効レンズ面領域外でコバ面部分３１Ｃの内側にある斜面状のコバ面部分３２である。

レンズ光軸に平行なコバ面部分３１Ａは「最外周コバ面（以下、最外周コバ面３１Ａという。）」であり、ホルダ１０の内周面に近接している。
レンズ２０、３０とも最外周コバ面はレンズ光軸と平行な円筒面をなす。そして、ホルダ１０の内周面の直径と、レンズ２０、３０の最外周コバ面の直径とは０．０１ｍｍの差であり、このため、光軸合せされた状態でレンズ２０、３０がホルダ１０内に設置された状態で、レンズ２０の最外周コバ面、レンズ３０の最外周コバ面３１Ａは、ホルダ１０の内周面に「０．００５ｍｍ」の間隙を隔して近接する。この状態は、最外周コバ面３１Ａとホルダ内周面とが実質的に摺接している状態であり、レンズ２０、３０はホルダ１０にセットされた状態で自動的に光軸合せされる。

勿論、ホルダ内径とレンズ外径との間にある程度の差があり、光軸合せが必要な場合には、ホルダにレンズをセットする際に光軸合せを行うことは言うまでもない。
押さえ部材４０は「円筒状」であって、図１（ａ）に示すように、レンズ３０のコバ面部分３１Ｂの部分を図の上方から押圧し、レンズ２０、３０のホルダ１０に対する位置関係を固定される配置に保持する。図１の例において、押さえ部材４０の下側端部面（底面部）は平面状であってコバ面部分３１Ｂに密着する。

なお、上述の如く、この実施の形態において、ホルダ１０の内周面は円筒状、レンズ２０、３０の形状は円形であるが、ホルダ１０に要求される形態・形状は「筒状であって、レンズの最外周コバ面に近接もしくは当接する固定部を、固定用のレーザ光により融解可能である」ことであり、このような条件を満たす限りにおいて形態や形状は自由である。

レンズ３０においてコバ部のレンズ光軸方向の表面部分であるコバ面部分３１Ｂ、３１Ｃはレンズ光軸に直交する平面であり、斜面状のコバ面部分３２は円錐面状である。この斜面状のコバ面部分３２は「レーザ光反射面」であり、従って、以下ではレーザ光反射面３２と言う。

固定用のレーザ光ＭＬは、押さえ部材４０内を導光されて、図の上方のレンズ挿入部からレンズ光軸に平行に入射する。この実施の形態において、レーザ光ＭＬは「レンズ光軸に直交する平断面による光束断面がリング状で、リングの幅が伝搬方向に狭まる収束性を有する光束」である。このような光束形態をもった光束を「リング状収束光」と呼ぶ。リング状収束光を生成する方法に付いては後述する。
ホルダ１０は材質的には「固定用のレーザ光を吸収して溶解する樹脂」であり、具体的には、黒色等の有色樹脂や「黒色等に着色された樹脂」であることができるが、固定用のレーザ光を吸収しやすい色の塗料を「レーザ光の波長の光を透過させる樹脂の表面に塗布した構成」としてもよい。

レンズ２０、３０のうち、少なくともレンズ３０は「樹脂レンズ」である。レンズ３０をホルダ１０に固定すれば、レンズ２０は「レンズ３０とレンズ受け部１１とにより挟持された状態」でホルダ１０に固定的に保持されることになるので、レンズ２０は必ずしもホルダ１０に固定する必要が無い。レンズ２０は樹脂レンズでもガラスレンズでもよい。

押さえ部材４０は固定用のレーザ光ＭＬに対して透明である。言うまでも無いが、レンズ３０もレーザ光ＭＬに対して透明である。

さて、ホルダ１０に対してレンズ２０とレンズ３０を図１の如く挿入配置し、押さえ部材４０で抑えた状態において、図の如く、リング状収束光である固定用のレーザ光ＭＬを抑え部材４０により導光すると、レーザ光ＭＬはレンズ３０のコバ面部分３１Ｂから樹脂レンズ３０内に入射し、レーザ光反射面３２により、レンズ光軸に平行な最外周コバ面３１Ａに向けて反射され、固定部ＹＰに照射される。即ち、固定部ＹＰは「ホルダの、レンズ光軸に平行な内周面部」であり、最外周コバ面３１Ａと実質的に摺接する。

レーザ光ＭＬは「リング状収束光」であるので、レーザ光反射面３２により反射されたレーザ光ＭＬは固定部ＹＰに「レンズ光軸に直交するリング状」に集光しているが、レーザ光ＭＬとホルダ１０との位置関係を調整することにより、固定部ＹＰに照射されるレーザ光ＭＬの照射状態を「帯状リング状」にすることもでき、固定部ＹＰへの「レーザ光のエネルギ集中状態」を調整できる。

固定部ＹＰにおいて、固定用のレーザ光ＭＬはホルダ１０の内壁に吸収されてホルダ内壁を発熱させ、ホルダ内壁部のホルダ樹脂を融解させる。このとき、レンズ３０の最外周コバ面３１Ａもホルダ１０側からの熱で融解する。

しかしながら、レンズ３０を構成する樹脂とホルダ樹脂とは「相溶性がない」ので、これら両者の融解した部分同士が相溶性により一体となることはない。このとき、ホルダ１０の固定部ＹＰにおいて融解したホルダ樹脂は、熱により「膨らむように変形」し、図１（ｂ）に示すように、変形した部分１０Ａが、融解して軟化したレンズ３０の最外周コバ面を押圧し、レンズ３０内部に入り込むように変形させる。

従って、レーザ光の照射を停止して、融解したホルダ樹脂を固化させれば、図１（ｂ）に示す状態が固定され「融解した樹脂同士に凹凸構造」が形成され、この凹凸構造により、レンズ３０はホルダ１０に固化される。なお、ホルダ樹脂、レンズの融解部分が固化する段階で、若干の収縮が生じるが「固定状態」には全く影響が無いことが確認された。

レーザ光によりレンズ３０をホルダ１０に固定する工程は、例えば、数秒もしくはそれより短い時間で完了するようにできる。

図１（ｂ）に示すように、レンズ３０に「レンズ光軸方向の力Ｆ」が作用した場合を考えると、固定部における凹凸構造において、ホルダ樹脂の「膨らむように変形」した部分１０Ａは、力Ｆに直交する向きにレンズ３０内に入り込んでいるため、固定部は力Ｆ（レンズ３０をホルダ１０から抜き出すように作用する。）に対して強い「抜けの抵抗力」を発揮する。

具体的な例として、レンズ３０の最外周コバ面３１Ａの直径を１０ｍｍとし、レンズ３０の材質を前述のＣＯＰ（日本ゼオン社製商品名「ＺＥＯＮＥＸ Ｅ４８Ｒ」）とし、ホルダ１０の材質（ホルダ樹脂）をＰＣ（ポリカーボネート）とした場合に、レンズ３０をホルダ１０から抜き出すのに力Ｆとして８ＫｇＷｔを必要とした。

これに対して、図１（ｃ）に示すように、レンズＬＮとホルダＨＬとの固定部において「熱により膨らむように変形した部分」がレンズ３０内に力Ｆと同じ向きに入り込むようにして固定した場合、レンズＬＮをホルダＨＬから抜き出すのに必要な力Ｆは０．８ＫｇＷであった。このことから、レンズ最外周コバ面とホルダ内周面とを「凹凸構造」により固定することが「抜けの抵抗力」を極めて有効に大きくすることがわかる。

図２以下に上記実施の形態における変形例を示す。なお、繁雑を避けるため、ホルダ、レンズについて、以下の各図面においても、図１におけると同様、レンズに対して符号３０、ホルダに対して符号１０を付する。

図２の実施の形態は、請求項２記載のレンズ固定方法の実施の１形態であり、固定部の様子を説明図として示している。レンズ３０の最外周コバ面３０Ａは、図２（ａ）に模式的に示すように予め粗面化されている。固定部にレーザ光を照射すると、ホルダ１０の融解したホルダ樹脂が熱により膨らむように変形して、レンズ３０の最外周コバ面の微小な凹凸に入り込んで固化する。図中、符号１０Ｂが「最外周コバ面の微小な凹凸に入り込んで固化したホルダ樹脂」を示す。

この固定過程で、レンズ３０の側にも融解が生じるが、粗面化のため、融解したホルダ樹脂からの伝熱は、図１の実施の形態の場合に比して少なく、固定の際に、ホルダ１０の「融解した樹脂からの力の作用」も少なくてすみ、固定の際にレンズ３０に大きな力が加わらないため、レンズ３０に発生する内部ストレスが小さくてすむ。

この場合にも、レンズ３０に「レンズ光軸方向の力Ｆ」が作用した場合、固定部における凹凸構造において、ホルダ樹脂の変形した部分１０Ｂは「力Ｆに直交する向き」にレンズ３０内に入り込んでいるため、固定部は力Ｆ（レンズ３０をホルダ１０から抜き出すように作用する。）に対して強い「抜けの抵抗力」を発揮する。

図３は、請求項３記載のレンズ固定方法の実施の形態を２例示す。
これらの実施の形態においては、ホルダ１０に固定されるレンズ３０の最外周コバ面に、予め「凹構造」が形成されている。図３（ａ）に示す例では凹構造３０Ｃは「断面形状が矩形形状」であり、図３（ｂ）に示すように、融解して「膨らむように変形」したホルダ樹脂１０Ｃを凹構造３０Ｃ内に入り込ませ、固化させてレンズ３０をホルダ１０に固定する。
図３（ｃ）に示す例では凹構造３０Ｄは「断面形状が三角形形状」であり、図３（ｄ）に示すように、融解して「膨らむように変形」したホルダ樹脂１０Ｄを凹構造３０Ｄ内に入り込ませ、固化させてレンズ３０をホルダ１０に固定する。

図３（ａ）、（ｂ）に示す例も（ｃ）、（ｄ）に示す例も、レンズ３０に「レンズ光軸方向の力Ｆ」が作用した場合、固定部における凹構造において、ホルダ樹脂の「熱により膨らむように変形」した部分１０Ｃ、１０Ｄは、力Ｆに直交する向きにレンズ３０の凹構造３０Ｃ、３０Ｄ内に入り込んでいるため、固定部は力Ｆに対して強い「抜けの抵抗力」を発揮する。

図４に示す実施の形態も請求項３のレンズ固定方法の実施の形態の変形例であり、レンズ３０の最外周コバ面に予め形成される凹構造は段差３０Ｅである。図４（ｂ）に示すように、融解して「膨らむように変形」したホルダ樹脂１０Ｅを段差３０Ｅの凹部に入り込ませ、固化させてレンズ３０をホルダ１０に固定する。
図４（ａ）、（ｂ）に示す例も、レンズ３０に「レンズ光軸方向の力Ｆ」が作用した場合、固定部における凹構造（段差３０Ｅ）において、ホルダ樹脂の「膨らむように変形」した部分１０Ｅは、力Ｆに直交する向きにレンズ３０の凹構造（段差）３０Ｅの凹部に入り込んでいるため、固定部は力Ｆに対して強い「抜けの抵抗力」を発揮する。

図５は、請求項４記載のレンズ固定方法の実施の形態を２例示す。
これらの実施の形態においては、ホルダ１０に固定されるレンズ３０の最外周コバ面には、予め凹凸構造が形成されている。図５（ａ）に示す例では凹凸構造３０Ｆは断面形状が矩形波形状であり、図５（ｂ）に示すように、融解して「膨らむように変形」したホルダ樹脂１０Ｆを凹凸構造３０Ｆの凹部に入り込ませ、固化させてレンズ３０をホルダ１０に固定する。
図５（ｃ）に示す例では凹構造３０Ｇは断面形状が鋸歯状であり、図５（ｄ）に示すように、融解して「膨らむように変形」したホルダ樹脂１０Ｇを凹凸構造３０Ｇの凹部に入り込ませ、固化させてレンズ３０をホルダ１０に固定する。

図５（ａ）、（ｂ）に示す例も（ｃ）、（ｄ）に示す例も、レンズ３０に「レンズ光軸方向の力Ｆ」が作用した場合、固定部における凹構造において、ホルダ樹脂の「膨らむように変形」した部分１０Ｆ、１０Ｇは、力Ｆに直交する向きにレンズ３０の凹凸構造３０Ｆ、３０Ｇの凹部に入り込んでいるため、固定部は力Ｆに対して強い「抜けの抵抗力」を発揮する。

図５（ｃ）のように、レンズ３０の最外周コバ面が断面鋸歯状の凹凸構造３０Ｇを有する場合、この凹凸構造を「螺子溝」として形成する一方、ホルダ１０の固定部には、上記螺子溝と緩く螺合する螺子山を形成し、レンズ３０とホルダ１０とを上記螺子溝・螺子山の螺合により係合させておき、この状態でレーザ光の照射を行って両者を固定するようにしても良い（請求項６）。

勿論、最外周コバ面の凹凸構造の断面形状は、図５に示す形状に限られない。レンズ３０の最外周コバ面の凹構造もしくは凹凸構造に係合しあう凸構造もしくは凸凹構造を、ホルダ１０の固定部に形成しておき、両者を係合させた状態で固定部へのレーザ光照射を行うことができる（請求項５）ことも勿論である。
図６は、請求項７記載のレンズ固定方法の実施の１形態を示している。
レンズ３０の最外周コバ面は光軸方向に傾斜するテーパ面３０Ｈとして形成され、固定部において、融解して「膨らむように変形」したホルダ樹脂１０Ｈをテーパ面３０Ｈに突き当てさせ、テーパ面３０Ｈでレンズ１０を固定する。この場合にも、レンズ３０に「レンズ光軸方向の力Ｆ」が作用した場合、固定部におけるテーパ面３０Ｈと、ホルダ樹脂の「膨らむように変形」した部分１０Ｈの係合が、力Ｆに対して抗力を生じるので、固定部は力Ｆに対して強い「抜けの抵抗力」を発揮する。

図３〜図６に示した実施の形態の場合も、固定の際にホルダ１０の融解して「膨らむように変形」するホルダ樹脂から「レンズ３０へ作用する力」が小さく、固定の際にレンズ３０に大きな力が加わらないため、レンズ３０に発生する内部ストレスが小さくてすむ。

図２〜図６に示した実施の形態のように最外周コバ面を粗面化し、あるいは凹構造や凹凸構造を形成する場合には、レンズ３０自体が融解しなくても、融解して「膨らむように変形」したホルダ樹脂が粗面の微小な凹凸の凹部や、凹構造・凹凸構造の凹部に入り込んで固定が行われるので、レンズ３０が「ガラスレンズ」であってもホルダ１０への良好な固定を行うことができる（請求項８）。

図１（ａ）に示す実施の形態のように、レンズ３０のレンズ形状の一部として、レーザ光反射面３２を予め形成しておき、レンズ光軸方向から照射される固定用のレーザ光ＭＬを、レーザ光反射面ＭＬにより反射させて、固定部ＹＰへ照射する場合、レーザ光反射面ＭＬの断面形状を凸面や凹面とすることにより、固定部ＹＰへ照射されるレーザ光の集光状態を調整することもできる。「レンズ形状の一部として形成されるレーザ光反射面」は、図１のレーザ光反射面３２に限らない。

例えば、図７に示す実施の形態では、ホルダ１０に対してレンズ２０とレンズ３０とが押さえ部材４０で抑えられた状態で、レンズ３０がホルダ１０に固定されるが、この実施の形態ではレンズ３０における「図で上方のレンズ面」が凹面である。

この実施の形態では、リング状収束光である固定用のレーザ光ＭＬは、レンズ３０の凹面の側から図の如くレンズ光軸に対して傾いて入射し、レンズ３０の凹面の作用により、レンズ光軸から離れる向きに屈折され、遮光板５０に接する平面状のコバ面部分３１Ｃの部分で「全反射」し、固定部ＹＰの部分に集光し、レンズ３０をホルダ１０に固定する。

この実施の形態では、コバ面部分３１Ｃが「レーザ光反射面」となっている。レーザ光ＭＬは、コバ面部分３１Ｃにより「レンズ内部で全反射される」ので、遮光板５０に熱作用を及ぼさず、遮光板５０がレーザ光ＭＬにより溶けることがない。

この発明のレンズ固定方法において、固定用のレーザ光ＭＬは、レンズ３０内を通して固定部ＹＰに照射されるが、上に説明した例のように、レーザ光ＭＬをレンズ内でレーザ光反射面により反射させて固定部ＹＰに照射するのではなく、「レンズ内を通して直接」に固定部ＹＰに照射することも可能である。

図８は、このような場合の実施の１形態を示す図である。
この実施の形態では、レンズ３０の、固定用のレーザ光ＭＬの入射側レンズ面の有効レンズ面領域外に、レンズ形状の一部として、レンズ光軸に対して傾いた屈折面３１Ｄを形成しておき、レンズ３０にレーザ光ＭＬを入射させ、屈折面３１Ｄにより固定用のレーザ光を最外周コバ面３１Ａに向けて屈折させることにより、固定部ＹＰに照射して固定を行うレンズ固定方法である（請求項１１）。

図８には図示されていないが、レンズ３０のホルダ１０への固定時に、レンズ３０のレーザ光入射側の有効レンズ面領域外（例えば、屈折面３１Ｄの外側のレンズ光軸に直交する平面状部分）を、図１や図７の筒状の押さえ部材４０により抑えて固定できることは言うまでもない。

図８の如き実施の形態においては、固定部ＹＰに集光するレーザＭＬは最外周コバ面３１Ａに対して直交せず、最外周コバ面３１Ａに対して傾きを持つ。固定用のレーザ光ＭＬのエネルギを溶着部ＹＰに溶着エネルギとして有効に集中させるには、最外周コバ面部分３１Ａに対してなるべく「傾き角が小さい（直交に近い）」ことが好ましい。レーザ光ＭＬの溶着部ＹＰへの入射角が最外周コバ面部分３１Ａに対して傾くほど、最外周コバ面部分３１Ａでの反射成分が大きくなり、固定に使用されるエネルギが減少するし、反射した固定用のレ-ザ光ＭＬが遮光板５０に入射して遮光板５０を損傷したりする虞がある。

このような理由で、レーザ光ＭＬは最外周コバ面部分３１Ａに対してなるべく直交に近い状態で入射するのが好ましい。しかし、図８の実施の形態であると、レーザ光束ＭＬのレンズ光軸に対する傾きが大きくなり、このような収束レーザ光束を生成するのに反射鏡等が必要になる。

このような場合の実施の１形態を、図９に示す。
図９に示す実施の形態は、図８に示した例の変形例となっている。
即ち、図９に示すように、レンズ３０のレーザ光入射側のレンズ面の有効レンズ面領域外にレンズ形状の一部として形成された「レンズ光軸に対して傾いた屈折面３１Ｄ」に合わせて、押さえ部材４３の光射出面４３Ｄを形成しておき、レンズ３０を抑えるとき光射出面４３Ｄと屈折面３１Ｄが摺り合うようにする。

また、押さえ部材４３の内周面はレンズ光軸方向に傾くテーパ状の反射面４３Ａとし、リング状収束光であるレーザ光ＭＬを、レンズ光軸に対する傾きが大きくなるように反射させる。このようにすれば、押さえ部材４３内を導光され、テーパ状の反射面４３Ａで内部反射されたレーザ光ＭＬは、屈折面３１Ｄからスムーズに樹脂レンズ３０内に入射して固定部ＹＰに照射される。図９の場合のように、屈折面３１Ｄと光射出面４３Ｄとに対してレーザ光ＭＬが直交するようにすれば、レーザ光ＭＬの主光線の光路は屈折面３１Ｄにより屈折されない。

上に説明した実施の各形態によりレンズ３０をホルダ１０に固定することにより、請求項１２記載のレンズユニットを得ることができる。

最後に、固定用のレーザ光を「リング状収束光」とする装置例を説明する。
図１０において、符号ＬＤ１、ＬＤ２、・・ＬＤＮは複数個（Ｎ個）の半導体レーザを示す。これら複数個の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮからのレーザ光は、ビーム合成手段１００に入射し、ビーム合成手段１００により合成されてカップリング光ＣＰとなって、単一の光ファイバＦの入射端ＦＩにカップリングし、光ファイバＦ内を伝搬して光ファイバＦの射出端ＦＯから射出する。

具体的には、半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮとしては、波長：９７０ｎｍ帯で高出力の半導体レーザを用いることができ、光ファイバＦとしては、コア径：φ１００μｍでＮＡ：０．２２の石英系マルチモードファイバを用いることができる。また、独立したＮ個の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤＮに代えて、半導体レーザアレイ（例えば、上記波長：９７０ｎｍ帯の高出力の発光部がアレイ配列したもの）を好適に用いることができる。
図１０において、符号ＣＬ１は第１のコリメートレンズ、符号ＣＬ２は第２のコリメートレンズ、符号ＦＴは光束変換光学素子、符号ＩＰは結像面を示す。結像面ＩＰは光加工時には、被加工面に合致する位置もしくは近傍の位置に設定される。

第１、第２のコリメートレンズＣＬ１、ＣＬ２は、図１０においてはそれぞれ単レンズとして描かれているが、これに限らず２枚以上のレンズで構成しても良い。また、第１、第２のコリメートレンズＣＬ１、ＣＬ２は同一のもの（同一の焦点距離を有するもの。）であっても良いし「焦点距離の異なるもの」であってもよい。また、これらコリメートレンズＣＬ１、ＣＬ２のレンズ面は球面でもよいが、一方または両方の面が非球面形状であるレンズであることが好ましい。

光束変換光学素子ＦＴは、入射側面が平面で、射出側面が円錐面となっている。光ファイバＦの微小な光放射部（射出端面）ＦＯは、光束変換光学素子ＦＴを介して、第１のコリメートレンズＣＬ１の物体側焦点位置に位置し、光放射部ＦＯから放射される発散性の光束は、まず、光束変換光学素子ＦＴに入射し、同素子の作用により、コリメートレンズＣＬ１、ＣＬ２の光軸を軸とする中空の光束（光束断面形状はリング状である。）に変換されて第１のコリメートレンズＣＬ１に入射し、同コリメートレンズＣＬ１の作用により「互いに光軸に近づくような光束」となる。

この平行光束は第２のコリメートレンズＣＬ２により「リング状収束光」に変換され、結像面ＩＰ上にリング状に集光する。距離：ＤＰはリング状に集光したレーザ光のリング径である。

変位手段３００は、この例において、光束変換光学素子ＦＴと第２のコリメートレンズＣＬ２とを、第１のコリメートレンズＣＬ１に対して、光軸方向に変位させる機能を有している。変位手段３００としては、ズームレンズ等においてレンズ群を変位させる機構として従来から知られているものを適宜に用いることができる。

変位手段３００は手動によるものでも電動によるものでもよく、図示されないマイクロコンピュータ等の制御手段により「変位をプログラム制御する」ように構成することもできることは言うまでもない。また、変位手段３００による光束変換光学素子ＦＴの変位と、第２のコリメートレンズＣＬ２の変位とは独立に行われる。

なお、変位手段３００のうちの少なくとも「駆動機構と、第１、第２のコリメートレンズＣＬ１、ＣＬ２、光束変換光学素子ＦＴと」は適宜のケーシング内に収納される。

光束変換光学素子ＦＴを光軸方向において光放射部ＦＯに近づくように変位させて、光束変換光学素子ＦＴを第１のコリメートレンズＣＬ１から遠ざけると、リング状の集光部のリング径：ＤＰが小さくなる。即ち、第１のコリメートレンズＣＬ１と光束変換光学素子ＦＴとの間隔を調整することにより、上記リング径：ＤＰを調整できる。

このようにして得られたリング状収束光を、例えば、図１の押さえ部材４０によりレンズ３０に導光することにより、固定用のレーザ光ＭＬとすることができる。

なお、上記光束変換光学素子の射出側面を円錐面とせずに角錐面とするか、屋根形面とすれば、固定用のレーザ光を固定部ＹＰに２以上の点状に集光させることができ、これら２以上の点状に集光するレーザ光で複数の点状固定部を同時にまたは順次に照射することができる。また、例えば、図１０に説明した装置から光束変換素子ＦＴを除くと、固定用のレーザ光として「１点に集光するレーザ光」を得ることができ、このように１点に集光するレーザ光により「複数の点状固定部を順次に照射して固定を行う」ようにすることもできることは言うまでも無い。

レンズ固定方法の実施の１形態を説明するための図である。 レンズ固定方法の変形例を説明するための図である。 レンズ固定方法の変形例を説明するための図である。 レンズ固定方法の変形例を説明するための図である。 レンズ固定方法の変形例を説明するための図である。 レンズ固定方法の変形例を説明するための図である。 レンズ固定方法の変形例を説明するための図である。 レンズ固定方法の変形例を説明するための図である。 レンズ固定方法の変形例を説明するための図である。 固定用のレーザ光を生成する装置の１例を説明するための図である。

符号の説明

１０ ホルダ
３０ レンズ
ＭＬ 固定用のレーザ光
ＹＰ 固定部
１０Ａ ホルダ樹脂の熱膨張した部分
Ｆ レンズ光軸方向に作用する力

Claims (12)

1. レンズを、このレンズに対して相溶性のない樹脂で形成された筒状のホルダ内に固定する方法であって、
   樹脂製のホルダの、レンズ光軸に平行な内周面部を固定部とし、上記ホルダ内にレンズを保持させて、レンズの最外周コバ面を、上記固定部に近接もしくは当接させ、
   固定用のレーザ光を、上記レンズ内を通して上記固定部に照射し、上記固定部におけるホルダ内周面を融解させたのち固化し、融解した樹脂の変形部で上記レンズの最外周コバ面を固定し、
   上記レンズの光軸方向へ作用する力に対する、上記レンズのホルダからの抜けの抵抗力を高めることを特徴とするレンズ固定方法。
2. 請求項１記載のレンズ固定方法において、
   ホルダ内に固定されるレンズの最外周コバ面を、予め粗面化しておくことを特徴とするレンズ固定方法。
3. 請求項１記載のレンズ固定方法において、
   ホルダ内に固定されるレンズの最外周コバ面に、予め凹構造を形成しておき、融解したホルダの樹脂を、熱による変形により上記凹構造の凹部に入り込ませてレンズを固定することを特徴とするレンズ固定方法。
4. 請求項１記載のレンズ固定方法において、
   ホルダ内に固定されるレンズの最外周コバ面に、予め凹凸構造を形成しておき、融解したホルダの樹脂を、熱による変形により上記凹凸構造の凹部に入り込ませてレンズを固定することを特徴とするレンズ固定方法。
5. 請求項３または４記載のレンズ固定方法において、
   レンズの最外周コバ面の凹構造もしくは凹凸構造に緩く係合しあう凸構造もしくは凸凹構造を、予めホルダの固定部に形成しておき、両者を係合させた状態で固定部への固定用のレーザ光の照射を行うことを特徴とするレンズ固定方法。
6. 請求項５記載のレンズ固定方法において、
   レンズの最外周コバ面に形成された凹凸構造と、ホルダの固定部に形成された凸凹構造が、互いに螺合しあう螺子構造であることを特徴とするレンズ固定方法。
7. 請求項１記載のレンズ固定方法において、
   レンズの最外周コバ面を光軸方向に傾斜するテーパ面として形成し、固定部において、融解し、熱により変形したホルダの樹脂により上記テーパ面でレンズを固定することを特徴とするレンズ固定方法。
8. 請求項２〜７の任意の１に記載のレンズ固定方法において、
   レンズがガラスレンズであることを特徴とするレンズ固定方法。
9. 請求項１〜７の任意の１に記載のレンズ固定方法において、
   レンズおよびホルダが互いに相溶性のない異なる樹脂であり、
   ホルダの固定部を融解し、融解したホルダ固定部の熱によりレンズの最外周コバ面を融解し、ホルダとレンズとの固定部において、融解した樹脂同士の凹凸構造を形成して固化させることを特徴とするレンズ固定方法。
10. 請求項１〜９の任意の１に記載のレンズ固定方法において、
    レンズの有効レンズ面領域外に、レンズ形状の一部としてレーザ光反射面を予め形成しておき、レンズ光軸方向から照射される固定用のレーザ光を、上記レーザ光反射面により反射させて、固定部へ照射することを特徴とするレンズ固定方法。
11. 請求項１〜９の任意の１に記載のレンズ固定方法において、
    ホルダに固定されるレンズの、固定用のレーザ光が入射する入射側レンズ面の有効レンズ面領域外に、レンズ形状の一部として、レンズ光軸に対して傾いた屈折面を形成しておき、固定用のレーザ光を上記屈折面から上記レンズ内に入射させ、上記屈折面によりレーザ光を最外周コバ面に向けて屈折させることにより、固定部に照射することを特徴とするレンズ固定方法。
12. 請求項１〜１１の任意の１に記載のレンズ固定方法により、樹脂製のホルダに、このホルダの樹脂と相溶性のない材質のレンズを固定してなるレンズユニット。

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