JP2010286563A - レンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズどうしの固定に際してのレンズどうしの位置のずれあるいはレンズの歪みを防止し、レンズ装置における光学性能の低下を防ぐこと。
【解決手段】レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成された第１レンズ１０１および第２レンズ１１１は、有効光学面の外側の第１非レンズ部１０２および第２非レンズ部１１２に、他方のレンズとの相対位置を決定するための第１斜面部１０３および第２斜面部１１３を備えている。また、第２非レンズ部１１２の第２斜面部１１３が設けられた面と反対側の面には、外斜面部１１４が設けられている。第１レンズ１０１および第２レンズ１１１は、第１斜面部１０３および第２斜面部１１３によってのみ当接されており、外斜面部１１４から照射されたレーザ光により溶着されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、互いの位置関係が固定される複数のレンズを備えたレンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法に関する。

近年、携帯型電話機やコンパクトカメラなど、撮影機能を備えた各種装置（以下「撮像装置」という）に対する小型化の要望にともなって、当該撮像装置が搭載するレンズなどの光学部材あるいは当該光学部材を複数用いて構成される光学装置（光学系）が小型化される傾向にある。また、近年、携帯型電話機やコンパクトカメラなどのような小型の撮像装置においては撮像素子の高画素化が図られる傾向にあり、撮像素子の高画素化にともなって、小型でありながらも精度の高い光学装置が望まれている。

一般的には、光学装置は、少なくとも２枚以上のレンズで構成されている。また、光学装置内には、撮影に不要な光線が結像系に影響を与えないように、これらの光線を遮断するための絞り部材が配置されていてもよい。絞り部材は、結像に有効な光線のみが透過するような開口を備えており、結像に有害な光線を効果的にカットすることができる。このため、光学装置に絞り部材を配置することで、内面反射やゴーストの発生を防止し、良好な画像を得ることができる。

光学装置の精度を高める方法としては、絞り部材の組み込みの他に、各光学部材の精度の向上や、各光学部材の位置決め精度の向上、各光学部材の歪みを防止する構造、安定した組み立て方式などが挙げられる。その理由は、光学装置を構成する各光学部材の変形や位置ずれ、組み立て作業による部品の歪み等は、光学性能を著しく低下させるためである。

具体的には、たとえば光学装置を組み立てる方式としては、個々の光学部材が所定の位置に配置されるように構成されたレンズ鏡筒に、それぞれの光学部材を積み上げる方式がある。この積み上げ方式によれば、各光学部材がレンズ鏡筒における所定の位置に配置されるため、所望の光学性能を得ることができる。

しかしながら、光学部材がそれぞれレンズ鏡筒に保持されるため、良好な光学性能を得るためには、個々の光学部材がそれぞれ高精度に製作される必要があり、部品コストが増大するという問題がある。また、個々の光学部材を高精度に製作しても、レンズ鏡筒へ積み上げただけでは、組み立てによる位置精度を確保することが難しい。このため、レンズ鏡筒に光学部材を積み上げる際に、レンズどうしの間隔を微調整したり、光軸の調芯作業をしたりすることが必要となり、組み立てコストが増大するという問題がある。

このような問題を解決するため、光学部材の形態を、相互に隣接する光学部材によって光学系の位置出しが可能な形態として、隣接する光学部材どうしを接着剤によって固着したレンズユニットが提案されている（たとえば、下記特許文献１参照。）。このようなレンズユニットにおいては、隣接する光学部材が固着されることで光学系の位置精度が確保されるため、光学部材の光学系の位置精度が向上する。また、あらかじめ複数の光学部材が固着されており、レンズ鏡筒に配置させる位置が減少するため、組み立て精度が向上し、かつ光学装置をより小型化することができる。

図６は、従来のレンズ装置の構造について示す断面図である。図６に示すように、従来のレンズ装置６００は、第１レンズ６０１と、第２レンズ６１１と、固定絞り６２０とを備えている。第１レンズ６０１および第２レンズ６１１は、たとえば透明なプラスチックなどの樹脂材料を金型を用いて射出成形することによって得られる。

第１レンズ６０１および第２レンズ６１１の外周には、他方のレンズおよび固定絞り６２０と一体的に組み立てるため、および、それぞれのレンズをレンズ鏡筒に組み込むための非レンズ部６０２，６１２を備えている。非レンズ部６０２，６１２には、他方のレンズと対向する側に、光軸に対して所定の角度、たとえば、４５度で傾斜するテーパ面６０３，６１３が形成されている。第１レンズ６０１のテーパ面６０３と第２レンズ６１１のテーパ面６１３とは、嵌合することにより、第１レンズ６０１および第２レンズ６１１の光軸が合致する。

また、テーパ面６０３，６１３の外周には、光軸に直交する当接面６０４，６１４が形成されている。第１レンズ６０１の当接面６０４と第２レンズ６１１の当接面６１４とが当接することにより、第１レンズ６０１および第２レンズ６１１の光軸方向の相対位置が決定される。なお、第１レンズ６０１の当接面６０４と第２レンズ６１１の当接面６１４とが当接した状態において、第１レンズ６０１のテーパ面６０３と第２レンズ６１１のテーパ面６１３との間には、レンズ装置６００に要求される光学性能を満足させる範囲でクリアランスをもつように形成されている。

固定絞り６２０は、たとえば２枚の同じ形状の固定絞り部材６２１を重ね合わせて構成されている。これら２枚の固定絞り部材６２１は、たとえば、ポリカーボネートにガラスを添加した黒色の樹脂から成形されている。固定絞り部材６２１は、円板状の部材からなり、中心部に開口孔６２２を備えている。この開口孔６２２は、内周面の直径が外側から内側に向けて拡径する傾斜面６２３となっている。

固定絞り部材６２１の外周には、第１レンズ６０１のテーパ面６０３の内周に嵌合する、テーパ面６０３と同じ角度で開口孔６２２の中心軸に対して傾斜したテーパ面６２４が形成されている。この固定絞り部材６２１のテーパ面６２４が第１レンズ６０１のテーパ面６０３に嵌合することにより、開口孔６２２の中心軸と第１レンズ６０１の光軸が合致する。さらに、固定絞り部材６２１と第１レンズ６０１との光軸方向の相対位置が決定される。

２枚の固定絞り部材６２１のうち、一方の固定絞り部材６２１のテーパ面６２４は第１レンズ６０１のテーパ面６０３に嵌合する。一方、他方の固定絞り部材６２１のテーパ面６２４は、第１レンズ６０１のテーパ面６０３に嵌合するテーパ面６２４の背面側に位置している。この他方の固定絞り部材６２１のテーパ面６２４と、第２レンズ６１１の端面６１５の一部および第１レンズ６０１のテーパ面６０３との間には、接着剤Ｇを収容する空間が形成されている。この空間に充填された接着剤Ｇにより、第１レンズ６０１、第２レンズ６１１および固定絞り６２０は互いに接合されている。

このようなレンズ装置６００を組み立てる際には、重ね合わせた２枚の固定絞り部材６２１のうち、第１レンズ６０１のテーパ面６０３に嵌合していない固定絞り部材６２１のテーパ面６２４と第１レンズ６０１のテーパ面６０３との間に形成される凹部に、たとえば、ディスペンサーを用いて接着剤Ｇを適量塗布する。

つぎに、接着剤Ｇが塗布された状態の第１レンズ６０１に対して、第２レンズ６１１を組付ける。第１レンズ６０１に対して第２レンズ６１１を組付けると、第１レンズ６０１のテーパ面６０３に第２レンズ６１１のテーパ面６１３が嵌合するとともに、第１レンズ６０１の当接面６０４に第２レンズ６１１の当接面６１４が当接する。これにより、第１レンズ６０１と第２レンズ６１１の光軸が合致し、かつ、光軸方向の相対位置が決定される。

また、第２レンズ６１１の端面６１５の一部は、固定絞り部材６２１のテーパ面６２４と第１レンズ６０１のテーパ面６０３との間に形成される凹部に塗布された接着剤Ｇに接触する。接着剤Ｇが固化すると、第２レンズ６１１の端面６１５の一部と、固定絞り部材６２１のテーパ面６２４の一部と、第１レンズ６０１のテーパ面６０３の一部とが接合される。これにより、レンズ装置６００の組み立てが完了する。

ここで、接着剤としては、たとえば高い作業性を確保できる、ＵＶ硬化型の接着剤を用いることができる。ＵＶ硬化型の接着剤は紫外線が照射されることによって硬化反応を開始するため、接着剤を塗布してから紫外線を照射するまでの間は押さえ用の治具によって第１レンズ６０１、第２レンズ６１１および固定絞り６２０などの光学部材の位置関係を仮固定している。押さえ用の治具は、一般的に、塗布された接着剤に紫外線を照射して１次硬化させた後に取り外す。

ＵＶ硬化型の接着剤は、紫外線の照射による硬化反応の開始から硬化反応が完了するまでの間に収縮する性質を有している。このため、ＵＶ硬化型の接着剤における硬化反応が完了する前に押さえ用の治具を取り外すと、硬化反応が完了するまでに進行する接着剤の収縮によって、各光学部材の相対的な位置関係がずれてしまうことがあった。具体的には、接着剤Ｇの硬化にともなう体積収縮のばらつきにより、接着剤Ｇを収容する空間に位置ずれが生じる。このため、テーパ面６０３，６１３や当接面６０４，６１４に応力がかかり、ずれが生じたり、光学面に変形や傾きが生じたりするため、光学性能が低下してしまう。

また、接着剤を複数箇所に塗布することによって光学部材どうしの位置関係を固定する場合、複数箇所において接着剤の塗布状態を一様にすることは困難であり、接着剤の塗布状態が塗布された箇所ごとにばらついてしまうことがあった。塗布状態のばらつきによっては、レンズにおける光学的な有効範囲内にまで接着剤がはみ出してしまうことがあった。レンズにおける光学的な有効範囲内に接着剤がはみ出した場合、当該レンズを用いた光学装置における光学性能が低下してしまう。

この対策として、従来、硬化反応が完了するまで治具を取り付けておくようにした技術があった。一方で、硬化反応が完了するまで治具を取り付けておくと、光学部材あるいは接着剤に当該接着剤の収縮に起因する応力が生じ、接着剤の収縮に起因する応力によって光学部材あるいは接着剤に歪みが発生してしまう。光学部材あるいは接着剤に歪みが発生すると光学部材どうしの位置関係にずれが生じ、光学装置における光学性能が低下してしまう。

また、硬化反応が完了するまでの間治具を取り付けておく場合、押さえ用の治具を取り外すまでの長時間にわたって、組み立て作業を継続することができず、光学装置や撮像装置の量産における歩留まりが低下してしまうという問題が生じる。また、この場合、押さえ用の治具を取り外すまでの長時間にわたって、押さえ用の治具が取り付けられた光学部材を保管する場所を確保しなくてはならず、生産コストが増加する一因となる。

さらに、接着剤を収容する空間がレンズ装置６００の内部に設けられているため、接着剤の硬化時に発生するガスがレンズ装置６００内にこもり、光学面を腐食させるため、光学性能が低下してしまう。また、たとえばレンズとしてポリカーボネイト樹脂性のレンズを用いた場合、これらのレンズは、紫外線硬化型の接着剤を硬化させるために有効な紫外線波長域を透過させないものが多い。これによって、作業性が著しく低下し、硬化速度や接合強度がばらつくため、硬化に時間がかかり、かつ光学性能が低下してしまう。

光学部材どうしの位置関係を固定する方法としては、レーザ溶着を用いて光学部材どしを接合することも考えられる。具体的には、たとえばレーザ光を透過する樹脂材料を用いてレンズを形成するとともに、熱を与えると接着力を増すような材料を用いて中間部材を形成する。そして、レンズの間に中間部材を介在させ、レーザ光の照射によって溶解させた中間部材を介してレンズどうしを溶着するようにした技術が提案されている（たとえば、下記特許文献２参照。）。レーザ溶着を用いることによって、接着剤を用いる場合に生じる各種の不具合を防止することができる。

特開２００２−１９６２１１号公報 特開２００６−１８４４６４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の技術では、第１レンズ６０１のテーパ面６０３と第２レンズ６１１のテーパ面６１３とが嵌合することにより、第１レンズ６０１および第２レンズ６１１の光軸が合致するが、第１レンズ６０１のテーパ面６０３と第２レンズ６１１のテーパ面６１３との間には、クリアランスが形成されている。このように、光軸方向および光軸と垂直な方向の位置決めをおこなうテーパ面６０３，６１３と当接面６０４，６１４が異なるため、テーパ面６０３，６１３にずれが生じてしまう。また、当接面６０４，６１４において接着されていないため、当接面６０４，６１４にも位置ずれが生じる可能性がある。このテーパ面６０３，６１３や当接面６０４，６１４のずれによる光軸ずれや面間隔ずれ（光軸に垂直な方向のずれ）によって、光学性能が低下するという問題がある。

また、当接面６０４，６１４に加え、テーパ面６０３，６１３を当接させるためには、極めて高精度なゼロ公差に近い部品が必要となり、光学部材を加工するのに時間がかかり、コストも増大するという問題がある。

さらに、特許文献２の技術では、中間部材を介在させなければレンズどうしを溶着できないという問題がある。また、中間部材を介してレンズを溶着させるため、レンズの光学系の位置決めが困難であるという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、レンズどうしの相対的な位置関係のずれに起因する光学性能の低下を抑えることができるレンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかるレンズ装置は、第１レンズと第２レンズとが一体的に組み立てられたレンズ装置において、前記第１レンズは、レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成され、前記第２レンズとの相対的な位置を決定するための第１斜面部を備え、前記第２レンズは、前記レーザ光を吸収するとともに前記第１レンズを形成する材料に対して相溶性を有する樹脂材料によって形成され、前記第１斜面部に対してレーザ溶着によって固定された、前記第１レンズとの相対的な位置を決定するための第２斜面部を備えることを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、第１レンズと第２レンズとが、互いに相対的な位置を決定する斜面部のみで当接する。また、当接部とレーザ溶着によって溶着される部分が同じである。したがって、第１レンズおよび第２レンズの相対的な位置関係のずれを抑えることができる。

また、請求項２の発明にかかるレンズ装置は、請求項１に記載の発明において、前記第２レンズは、前記第２斜面部が設けられた面と反対側の面に、当該第２斜面部と平行な斜面を有する外斜面部をさらに備えることを特徴とする。

この請求項２の発明によれば、レーザ溶着に用いるレーザの種類や強さ、第２レンズの樹脂材料の種類に応じて、レーザ光の入射位置から第１斜面部と第２斜面部との界面までの距離を変更し、第２レンズの透過率を変更することができる。これによって、レーザ溶着の条件が異なっても、最適な溶着状態を得ることができる。

また、請求項３の発明にかかるレンズ装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１レンズおよび前記第２レンズは、遠赤外領域の一酸化炭素レーザまたは二酸化炭素レーザを吸収する材料によって形成されていることを特徴とする。

この請求項３の発明によれば、遠赤外領域の一酸化炭素レーザまたは二酸化炭素レーザを用いたレーザ溶着によって、第１レンズと第２レンズとの透明なレンズどうしを固定することができる。

また、請求項４の発明にかかるレンズ装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記第１レンズおよび前記第２レンズは、透明なポリカーボネイトによって形成されていることを特徴とする。

この請求項４の発明によれば、透明なポリカーボネイトによって形成された第１レンズおよび第２レンズを固定することができる。

また、請求項５の発明にかかるレンズ装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記第１レンズまたは前記第２レンズは、前記第１斜面部または前記第２斜面部における、互いの斜面部がレーザ溶着によって固定された領域の周囲に、外部へ開放された溝部を備えることを特徴とする。

この請求項５の発明によれば、レーザ溶着によって生じたガスをレンズ装置の外部に排出することができる。これによって、レンズ装置内にガスが進入することを防ぎ、ガスに起因する光学面の腐食や変色などによる光学性能の低下を防ぐことができる。

また、請求項６の発明にかかるレンズ装置は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に、レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成され、中央に有効光線を透過させる開口部が設けられた絞り部材をさらに備え、前記第１レンズまたは前記第２レンズは、前記絞り部材の相対位置を決定するための、光軸に垂直な平面を備え、前記絞り部材は、レーザ溶着によって前記光軸に垂直な平面に固定されていることを特徴とする。

この請求項６の発明によれば、第１レンズまたは第２レンズと、絞り部材とを、レーザ溶着によって固定するため、レンズ装置内に絞り部材を確実に固定することができる。また、絞り部材の開口部の中心軸と、光学面の中心軸を合致させることができる。

また、請求項７の発明にかかる撮像装置は、第１レンズと第２レンズとを有する撮像装置において、レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成され、前記第２レンズとの相対的な位置を決定するための第１斜面部を備えた前記第１レンズと、前記レーザ光を吸収するとともに前記第１レンズを形成する材料に対して相溶性を有する樹脂材料によって形成され、前記第１レンズとの相対的な位置を決定するための第２斜面部を備えた前記第２レンズとの、前記第１斜面部および前記第２斜面部がレーザ溶着によって固定されたレンズ装置と、前記レンズ装置を介して受光した外光を電気信号に変換する撮像用の光電変換素子と、を備えることを特徴とする。

この請求項７の発明によれば、第１レンズと第２レンズとが、互いに相対的な位置を決定する斜面部のみで当接する。また、当接部とレーザ溶着によって溶着される部分が同じである。したがって、第１レンズおよび第２レンズの相対的な位置関係のずれを防止し、安定した撮像画像を確保することができる。

また、請求項８の発明にかかるレンズ装置の組立方法は、第１レンズと第２レンズとを一体的に組み立てるレンズ装置の組立方法において、レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成され、前記第２レンズとの相対的な位置を決定するための第１斜面部を備えた前記第１レンズと、前記レーザ光を吸収するとともに前記第１レンズを形成する材料に対して相溶性を有する樹脂材料によって形成され、前記第１レンズとの相対的な位置を決定するための第２斜面部を備えた第２レンズとの、前記第１斜面部と前記第２斜面部とを当接させて、前記第１レンズおよび前記第２レンズの光軸に平行な方向および前記光軸に垂直な方向の相対位置を決定する位置決め工程と、前記第１斜面部と前記第２斜面部との界面に達するように、前記第２レンズを介してレーザ光を照射することで、前記第１レンズおよび前記第２レンズの当該レーザ光の照射領域の材料を溶融させて、前記第１レンズの材料と前記第２レンズの材料とを混ぜ合わせる溶融工程と、前記レーザ光の照射を停止して、前記第１レンズの材料と前記第２レンズの材料が混ぜ合わされた領域を固化する固化工程と、を含むことを特徴とする。

この請求項８の発明によれば、第１レンズと第２レンズとを、互いに相対的な位置を決定する斜面部のみで当接させることができる。また、当接部をレーザ溶着によって溶着することができる。したがって、第１レンズおよび第２レンズの相対的な位置関係のずれを抑えることができる。

また、請求項９の発明にかかるレンズ装置の組立方法は、請求項８に記載の発明において、前記溶融工程の前に、前記第２レンズにおける前記第２斜面部が設けられた面と反対側の面に、前記レーザ光を透過し、レーザ照射による熱を放熱する金属部材を密着させる工程を含み、前記溶融工程においては、前記レーザ光を前記金属部材を介して前記第２レンズに照射することを特徴とする。

この請求項９の発明によれば、レーザ光が照射された第２レンズの表面に生じた熱を放熱することができる。したがって、第２レンズの表面におけるレーザ光の入射領域に形成される溶着痕が、品位ある溶着痕となり、レンズ装置の外形の美観を損ねるのを防ぐことができる。

また、請求項１０の発明にかかるレンズ装置の組立方法は、請求項８または９に記載の発明において、前記溶融工程においては、前記レーザとして、遠赤外領域の一酸化炭素レーザまたは二酸化炭素レーザを照射することを特徴とする。

この請求項１０の発明によれば、遠赤外領域の一酸化炭素レーザまたは二酸化炭素レーザを用いたレーザ溶着によって、第１レンズと第２レンズとの透明なレンズどうしを固定することができる。

本発明にかかるレンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法によれば、レンズどうしの固定に際してのレンズどうしの位置のずれ、あるいはレンズの歪みを防止し、レンズ装置における光学性能の低下を防ぐことができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるレンズ装置の構造について示す説明図である。 実施の形態１にかかるレンズ装置の構造について示す説明図である。 実施の形態１にかかるレンズ装置の組み立て方法について示す説明図である。 実施の形態１にかかるレンズ装置の組み立て方法について示す説明図である。 実施の形態２にかかるレンズ装置の構造について示す説明図である。 従来のレンズ装置の構造について示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるレンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、この発明にかかるレンズ装置の概略構成について説明する。この発明にかかるレンズ装置は、光学部材としてのレンズを少なくとも２枚以上備えている。また、レンズ装置は、図示を省略する撮像装置本体が備えるマウントなどに取り付けられる。撮像装置本体内には、撮像用の光電変換素子すなわち撮像素子（図示を省略する）が配置されている。撮像素子は、レンズ装置を介して入射した外光を光電変換し、入射光量に応じた電気信号を出力する。

撮像素子は、具体的には、たとえばＣＣＤイメージセンサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）やＣＭＯＳイメージセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）などの固体撮像素子によって実現することができる。

（実施の形態１）
つぎに、実施の形態１にかかるレンズ装置の構造について説明する。図１および図２は、実施の形態１にかかるレンズ装置の構造について示す説明図である。図１においては、実施の形態１にかかるレンズ装置１００を光軸Ｃに直交する方向から見た状態を示している。図２においては、実施の形態１にかかるレンズ装置１００を、光軸Ｃを通り光軸Ｃに平行な平面で切断した断面（図１におけるＡ−Ａ'断面）を示している。図１または図２に示すように、実施の形態１にかかるレンズ装置１００は、第１レンズ１０１と、第２レンズ１１１と、絞り部材１２０と、を備えている。なお、レンズ装置１００は、使用用途によっては絞り部材１２０を備えていなくてもよい。

第１レンズ１０１、第２レンズ１１１および絞り部材１２０は、樹脂材料を用いた金型による射出成形によって形成されている。樹脂材料を用いた射出成形によって形成することにより、第１レンズ１０１、第２レンズ１１１および絞り部材１２０を高精度に製造することができる。

第１レンズ１０１、第２レンズ１１１および絞り部材１２０を形成する樹脂材料は、レーザ光を吸収する性質を有する。第１レンズ１０１および第２レンズ１１１はたとえば透明であり、絞り部材１２０はたとえば黒色である。レーザ光を吸収する性質を有する樹脂材料は、たとえば基剤となる樹脂材料に、レーザ光を吸収する性質を有する物質を混合あるいは分散させることによって実現することができる。第１レンズ１０１および第２レンズ１１１を形成する樹脂材料は、具体的には、たとえば遠赤外光ＣＯレーザあるいはＣＯ₂レーザを吸収する性質を有する透明なポリカーボネイトである。また、絞り部材１２０を形成する樹脂材料は、具体的には、たとえば第１レンズ１０１を透過するような近赤外光レーザを吸収する黒色の樹脂材料である。

また、第２レンズ１１１および絞り部材１２０を形成する樹脂材料は、第１レンズ１０１を形成する樹脂材料に対する相溶性を有している。実施の形態１においては、第１レンズ１０１と第２レンズ１１１は、同一種類の樹脂材料によって形成されているが、上述の条件を満たせば異なる種類の樹脂材料によって形成されてもよい。

なお、第１レンズ１０１を形成する際に射出成形に使用される金型は、レンズ装置６００の光学面の中心軸と、第１斜面部１０３および棚部１０４の中心軸の位置が保たれるように加工することが可能な形態である。また、第２レンズ１１１を形成する際に射出成形に使用される金型は、光学面の中心軸と、第２斜面部１１３の中心軸の位置が保たれるように加工することが可能な形態である。

第１レンズ１０１は、有効光学面の外側に、第２レンズ１１１および絞り部材１２０と一体に組み立てるための第１非レンズ部１０２を備えている。第１非レンズ部１０２の第２レンズ１１１と対向する面には、光軸Ｃに対して所定角度で傾斜する第１斜面部１０３が設けられている。

また、第１非レンズ部１０２の第２レンズ１１１と対向する面には、絞り部材１２０と当接する棚部１０４が設けられていてもよい。棚部１０４と絞り部材１２０との境界部分には、棚部１０４の一部と絞り部材１２０の一部が混ざり合った第１溶融プール１０５が設けられている。この第１溶融プール１０５によって、棚部１０４と絞り部材１２０が溶着されている。この棚部１０４が絞り部材１２０の外形で整合し、絞り部材１２０と当接することにより、第１レンズ１０１および絞り部材１２０の光軸Ｃに平行な方向（光学面との調芯方向）の相対位置および光軸Ｃに垂直な偏芯方向（光学面との面間隔方向）の相対位置が決定される。

第２レンズ１１１は、有効光学面の外側に、第１レンズ１０１と一体に組み立てるための第２非レンズ部１１２を備えている。第２非レンズ部１１２の第１レンズ１１１と対向する面には、第１レンズ１０１の第１斜面部１０３と同じ角度で光軸Ｃに対して傾斜する第２斜面部１１３が設けられている。

第１レンズ１０１の第１斜面部１０３と第２レンズ１１１の第２斜面部１１３とが当接することにより、第１レンズ１０１および第２レンズ１１１の光軸Ｃに平行な方向の相対位置および光軸Ｃに垂直な偏芯方向の相対位置が決定される。

第１レンズ１０１の第１斜面部１０３と第２レンズ１１１の第２斜面部１１３とのそれぞれの境界の領域には、第１斜面部１０３の一部と第２斜面部１１３の一部とが混ざり合った第２溶融プール１０６が設けられている。この第２溶融プール１０６によって、第１レンズ１０１と第２レンズ１１１とが溶着されている。なお、第１レンズ１０１と第２レンズ１１１とは、第１斜面部１０３および第２斜面部１１３のみが当接しており、それ以外の領域では当接していない。

また、第２非レンズ部１１２の第１レンズ１０１と対向する面とは反対側の面には、第２斜面部１１３と平行な斜面を有する外斜面部１１４が選択的に設けられている。図１に示すように、外斜面部１１４は、それぞれ、光軸Ｃを中心とする同心円上において等間隔に設けられている。なお、外斜面部１１４は、第２非レンズ部１１２の全周囲に設けられていてもよいし、少なくとも、後述する第２レーザ光３０１を照射する領域、すなわち第２溶融プール１０６を形成する領域に形成されていればよい。また、外斜面部１１４と第２斜面部１１３との厚さは、後述する第２レーザ光３０１が第１レンズ１０１に到達するような厚さであればよい。したがって、外斜面部１１４と第２斜面部１１３との厚さは、照射するレーザの種類や照射量によって適宜変更可能である。

絞り部材１２０は、第１レンズ１０１と第２レンズ１１１との間に配置されている。絞り部材１２０は、円板状の部材からなり、中央に有効光線を透過させる開口部１２１が設けられている。開口部１２１は、外形部１２２と同軸度が保たれており、この外形部１２２と第１レンズ１０１の棚部１０４とを整合させることで、第１レンズ１０１および開口部１２１の光軸Ｃに平行な方向および光軸Ｃに垂直な方向の相対位置が決定される。

ここで、第１溶融プール１０５および第２溶融プール１０６は、レーザ溶着されることによって形成される。レーザ溶着は、熱可塑性の樹脂材料によって形成された接合対象部材を、当該樹脂材料の融点を超えるまでレーザ光を用いて昇温し、昇温した状態で圧力を加えることによって、複数の接合対象部材を分子レベルで結合する技術として知られている。

レーザ（ＬＡＳＥＲ：Ｌｉｇｈｔ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）光は、光（電磁波）を増幅したコヒーレントな光である。レーザ光は、たとえば透明な接合対象部材および黒色の接合対象部材を接合させる場合、透明な接合対象部材を透過し、黒色の接合対象部材で吸収される近赤外線領域の波長を用いることができる。また、たとえば透明な接合対象部材どうしを接合させる場合、透明な接合対象部材どうしの界面で吸収される遠赤外領域の波長を用いることができる。遠赤外光領域の波長のレーザ光は、具体的には、たとえば一酸化炭素（ＣＯ）レーザあるいは二酸化炭素（ＣＯ₂）レーザである。

熱可塑性の樹脂材料によって形成された接合対象部材を分子レベルで結合する技術としては、レーザ溶着の他にインパルス溶着、熱板溶着、非接触熱板溶着、超音波溶着、高周波溶着、振動溶着、赤外線溶着などがあるが、レーザ光の照射範囲を極めて小さくすることができるので、レーザ溶着を用いることによって接合対象部材が小さい場合にも確実に接合することができる。また、レーザ溶着は振動を利用することなく接合することができるので接合時における振動によって接合対象部材が破損するなどの悪影響の発生を防止することができる。

レーザ溶着は、照射したレーザ光を接合対象部材どうしの界面まで到達させ、この界面の温度を接合対象部材の融点より高く昇温させる。そして、接合対象部材どうしの溶解した部分において、お互いの分子が混ざり合う。レーザ光の照射を停止すると、溶解した樹脂材料の温度が融点よりも下がり、溶着が完了する。

レーザ溶着を用いて接合対象部材どうしを接合することによって、接着剤を使用することなく接合対象部材どうしを接合することができる。これによって、接着剤を用いることに由来する、環境に対する悪影響を抑制することができる。また、接着剤が不要であるため、接着剤を用いる場合と比較して軽量化することができる。

つぎに、実施の形態１にかかるレンズ装置の組み立て方法について説明する。図３および図４は、実施の形態１にかかるレンズ装置の組み立て方法について順に示す説明図である。まず、図３に示すように、たとえば透明なポリカーボネイトによって形成された第１レンズ１０１に、黒色の樹脂材料によって形成された絞り部材１２０を挿入し、密着させる。このとき、押さえ治具などで加圧保持してもよい。このようにすることで、第１レンズ１０１の棚部１０４と絞り部材１２０とが当接する。

つぎに、棚部１０４と絞り部材１２０とを当接した状態で、棚部１０４と絞り部材１２０との当接位置（溶着面）に第１レーザ光２０１を照射する。第１レーザ光２０１は、たとえば第１レンズ１０１を透過して棚部１０４と絞り部材１２０との当接位置（溶着面）を照射するように、第１レンズ１０１の絞り部材１２０が当接している面とは反対側の面から照射する。第１レーザ光２０１は、具体的には、たとえば第１レンズ１０１を透過し、絞り部材１２０によって吸収される近赤外光レーザである。

第１レーザ光２０１の照射は、図示省略する、所定のレーザ光照射装置を用いておこなう。レーザ光照射装置は、レーザ光源やレーザ光源から発光されたレーザ光を集光する第１集光レンズ２０２などを備える。レーザ光照射装置については、公知の各種技術を用いて容易に実現可能であるため説明を省略する。

棚部１０４と絞り部材１２０との当接位置に照射されたレーザ光２０１は、第１レンズ１０１を透過し、絞り部材１２０で吸収され、熱エネルギーに変換される。絞り部材１２０において光エネルギーから変換された熱エネルギーは、絞り部材１２０における第１レーザ光２０１の照射部分を急速に昇温し、この部分の樹脂材料を溶融する。さらに、熱エネルギーが棚部１０４に伝熱し、棚部１０４の昇温箇所の樹脂材料を溶融する。このとき、絞り部材１２０の溶融した樹脂材料と、棚部１０４の溶融した樹脂材料とは、相溶性を有しているため均一にムラなく混ざり合い、第１溶融プール１０５を形成する。

つぎに、第１レーザ光２０１の照射を停止すると、第１溶融プール１０５における樹脂材料の温度が低下して固化する。固化した第１溶融プール１０５は、第１レンズ１０１の一部をなすとともに、絞り部材１２０の一部をなす。これによって、第１レンズ１０１と絞り部材１２０とが接合される。

なお、第１レーザ光２０１の照射は、同心円状の棚部１０４における全周囲に照射してもよいし、たとえば１２０度ごとの３分割など均等分割となる位置でスポット照射してもよい。

つぎに、図４に示すように、第１レンズ１０１に、透明なポリカーボネイトによって形成された第２レンズ１１１を取り付ける。このとき、第１レンズ１０１の第１斜面部１０３と、第２レンズ１１１の第２斜面部１１３と、のみが当接するように取り付ける。

つぎに、第１斜面部１０３と第２斜面部１１３とを当接した状態で、第１斜面部１０３と第２斜面部１１３との当接位置（溶着面）に第２レーザ光３０１を照射する。第２レーザ光３０１は、たとえば第２レンズ１１１を透過して第１斜面部１０３と第２斜面部１１３との当接位置（溶着面）を照射するように、第２レンズ１１１の外斜面部１１４から照射する。第２レーザ光３０１は、具体的には、たとえば第１レンズ１０１および第２レンズ１１１によって吸収される遠赤外領域のＣＯレーザあるいはＣＯ₂レーザである。第２レーザ光３０１の照射は、第１レーザ光２０１の照射と同様に、たとえば第２集光レンズ３０２を備えるレーザ光照射装置を用いておこなう。

外斜面部１１４に照射された第２レーザ光３０１は、第２レンズ１１１で吸収され熱エネルギーに変換される。第２レンズ１１１において光エネルギーから変換された熱エネルギーは、第２レンズ１１１における第２レーザ光３０１の照射部分を急速に昇温し、この部分の樹脂材料を溶融する。さらに、第２レーザ光３０１は、第１斜面部１０３に到達し、第１レンズ１０１で吸収され、熱エネルギーに変換される。第１レンズ１０１において光エネルギーから変換された熱エネルギーは、第１レンズ１０１における第２レーザ光３０１の照射部分を急速に昇温し、この部分の樹脂材料を溶融する。

すなわち、第２レンズ１１１の外斜面部１１４の表面から第２レンズ１１１の第２斜面部１１３と第１レンズ１０１の第１斜面部１０３との界面を越えて、第１レンズ１０１の一部までが溶融する。このとき、第１レンズ１０１の樹脂材料と第２レンズ１１１の樹脂材料とは、相溶性を有しているため均一にムラなく混ざり合い、第２溶融プール１０６を形成する。このように、第２レンズ１１１における第２斜面部１１３と外斜面部１１４との厚さは、第２レーザ光３０１が第１レンズ１０１に到達するような厚さであればよい。

つぎに、第２レーザ光３０１の照射を停止すると、第２溶融プール１０６における樹脂材料の温度が低下して固化する。固化した第２溶融プール１０６は、第１レンズ１０１の一部をなすとともに、第２レンズ１１１の一部をなす。これによって、第１レンズ１０１と第２レンズ１１１とが接合される。

なお、図示は省略するが、外斜面部１１４に第２レーザ光３０１を照射する際に、外斜面部１１４に、ジンクセレン（ＺｉＳｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、フッ化バリウム（ＢａＦ₂）などの遠赤外領域の光を透過させる金属によって形成された放熱部材を密着させた後に、この放熱部材を介して外斜面部１１４に第２レーザ光３０１を照射してもよい。このようにすることで、外斜面部１１４の表面が熱エネルギーによって昇温されたときに、放熱部材によって熱エネルギーが放熱されるため、外斜面部１１４の表面に形成される溶着痕が、品位のある溶着痕となり、外斜面部１１４の表面の美観を損ねるのを防ぐことができる。

実施の形態１によれば、第１レンズ１０１および第２レンズ１１１が、第１斜面部１０３と第２斜面部１１３とのみで当接している。さらに、第１レンズ１０１および第２レンズ１１１が当接している第１斜面部１０３と第２斜面部１１３によって、第１レンズ１０１と第２レンズ１１１とが接合されている。第１レンズ１０１および第２レンズ１１１の光軸Ｃに平行な方向および光軸Ｃに垂直な偏芯方向の位置を決定する第１斜面部１０３および第２斜面部１１３の間にクリアランスが形成されておらず、当接面と接合面が同一のため、光軸に平行な方向および光軸に垂直な偏芯方向の位置がずれることを防ぐことができる。

また、外斜面部１１４と第２斜面部１１３との厚さを適宜変更することで、第２レンズ１１１における第２レーザ光３０１の照射領域の透過率を変更することができるので、外斜面部１１４に照射する第２レーザ光３０１に合わせた最適な溶着状態を得ることができる。

（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２にかかるレンズ装置の構造について説明する。図５は、実施の形態２にかかるレンズ装置の構造について示す説明図である。図５の右図においては、実施の形態２にかかるレンズ装置の一部を、光軸Ｃを通り光軸Ｃに平行な平面で切断した断面を示している。図５の左図においては、右図の矢印Ｄ方向からの矢視図である。

図５に示すように、実施の形態２にかかるレンズ装置は、第１レンズ１０１における第１斜面部１０３の第２レーザ光３０１が照射される部分の周辺に溝部５０１が設けられている。溝部５０１は、一部が第１レンズ１０１と第２レンズ１１１との隙間に達している。すなわち、第１レンズ１０１および第２レンズ１１１は、第１斜面部１０３と第２斜面部１１３のみで当接している。このため、第１斜面部１０３の第２斜面部１１３との当接領域より外側には、第２斜面部１１３が当接しておらず、レンズ装置１００の外部に晒されている領域５０２がある。溝部５０１が、該領域５０２に達していることで、溝部５０１がレンズ装置１００の外形部へと開放されることとなる。

その他の構成および組み立て方法については、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。

なお、実施の形態２においては、第１レンズ１０１の第１斜面部１０３の周辺に溝部５０１が設けられることとしたが、これに限るものではない。具体的には、たとえば第２レンズ１１１の第２斜面部１１３の周辺に溝部５０１が設けられていてもよい。

実施の形態２によれば、第２レーザ光３０１を照射したときに第１レンズ１０１の樹脂材料が溶融するにともない生じたガスが、溝部５０１を通じてレンズ装置１００の外部へと排出される。したがって、第１レンズ１０１と第２レンズ１１１とによって接合された内部へガスが進入することを防ぎ、ガスに起因する光学面の腐食や変色などによる光学性能の低下を防ぐことができる。

以上説明したように、レンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法によれば、レンズどうしの固定に際してのレンズどうしの位置のずれあるいはレンズの歪みを防止し、レンズ装置における光学性能の低下を防ぐことができる。

以上のように、本発明にかかるレンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法は、互いの位置関係が固定される複数のレンズを備えたレンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法に有用であり、特に、固定されるレンズどうしの位置関係に高い精度が要求されるレンズ装置、撮像装置およびレンズ装置の組立方法に適している。

１００ レンズ装置
１０１ 第１レンズ
１０２ 第１非レンズ部
１０３ 第１斜面部
１０４ 棚部
１０５ 第１溶融プール
１０６ 第２溶融プール
１１１ 第２レンズ
１１２ 第２非レンズ部
１１３ 第２斜面部
１１４ 外斜面部

Claims (10)

1. 第１レンズと第２レンズとが一体的に組み立てられたレンズ装置において、
   前記第１レンズは、レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成され、前記第２レンズとの相対的な位置を決定するための第１斜面部を備え、
   前記第２レンズは、前記レーザ光を吸収するとともに前記第１レンズを形成する材料に対して相溶性を有する樹脂材料によって形成され、前記第１斜面部に対してレーザ溶着によって固定された、前記第１レンズとの相対的な位置を決定するための第２斜面部を備えることを特徴とするレンズ装置。
2. 前記第２レンズは、前記第２斜面部が設けられた面と反対側の面に、当該第２斜面部と平行な斜面を有する外斜面部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記第１レンズおよび前記第２レンズは、遠赤外領域の一酸化炭素レーザまたは二酸化炭素レーザを吸収する材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 前記第１レンズおよび前記第２レンズは、透明なポリカーボネイトによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のレンズ装置。
5. 前記第１レンズまたは前記第２レンズは、前記第１斜面部または前記第２斜面部における、互いの斜面部がレーザ溶着によって固定された領域の周囲に、外部へ開放された溝部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレンズ装置。
6. 前記第１レンズと前記第２レンズとの間に、レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成され、中央に有効光線を透過させる開口部が設けられた絞り部材をさらに備え、
   前記第１レンズまたは前記第２レンズは、前記絞り部材の相対位置を決定するための、光軸に垂直な平面を備え、
   前記絞り部材は、レーザ溶着によって前記光軸に垂直な平面に固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のレンズ装置。
7. 第１レンズと第２レンズとを有する撮像装置において、
   レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成され、前記第２レンズとの相対的な位置を決定するための第１斜面部を備えた前記第１レンズと、前記レーザ光を吸収するとともに前記第１レンズを形成する材料に対して相溶性を有する樹脂材料によって形成され、前記第１レンズとの相対的な位置を決定するための第２斜面部を備えた前記第２レンズとの、前記第１斜面部および前記第２斜面部がレーザ溶着によって固定されたレンズ装置と、
   前記レンズ装置を介して受光した外光を電気信号に変換する撮像用の光電変換素子と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
8. 第１レンズと第２レンズとを一体的に組み立てるレンズ装置の組立方法において、
   レーザ光を吸収する樹脂材料によって形成され、前記第２レンズとの相対的な位置を決定するための第１斜面部を備えた前記第１レンズと、前記レーザ光を吸収するとともに前記第１レンズを形成する材料に対して相溶性を有する樹脂材料によって形成され、前記第１レンズとの相対的な位置を決定するための第２斜面部を備えた第２レンズとの、前記第１斜面部と前記第２斜面部とを当接させて、前記第１レンズおよび前記第２レンズの光軸に平行な方向および前記光軸に垂直な方向の相対位置を決定する位置決め工程と、
   前記第１斜面部と前記第２斜面部との界面に達するように、前記第２レンズを介してレーザ光を照射することで、前記第１レンズおよび前記第２レンズの当該レーザ光の照射領域の材料を溶融させて、前記第１レンズの材料と前記第２レンズの材料とを混ぜ合わせる溶融工程と、
   前記レーザ光の照射を停止して、前記第１レンズの材料と前記第２レンズの材料が混ぜ合わされた領域を固化する固化工程と、
   を含むことを特徴とするレンズ装置の組立方法。
9. 前記溶融工程の前に、
   前記第２レンズにおける前記第２斜面部が設けられた面と反対側の面に、前記レーザ光を透過し、レーザ照射による熱を放熱する金属部材を密着させる工程を含み、
   前記溶融工程においては、前記レーザ光を前記金属部材を介して前記第２レンズに照射することを特徴とする請求項８に記載のレンズ装置の組立方法。
10. 前記溶融工程においては、前記レーザとして、遠赤外領域の一酸化炭素レーザまたは二酸化炭素レーザを照射することを特徴とする請求項８または９に記載のレンズ装置の組立方法。

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