JP3742412B2

JP3742412B2 - 光学ユニットの製造方法及びその製造方法で得られた光学ユニット

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Publication number: JP3742412B2
Application number: JP2003371126A
Authority: JP
Inventors: 正人菊地; 一郎飯渕; 和彦山中
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: JP2005134672A

Description

本発明は、例えば複合光学レンズなどの光学ユニット及びそれを用いた光学装置に係り、特にデジタルカメラ、カメラ付き携帯電話機に用いられるのに好適な光学ユニットに関するものである。

これまで、民生用の撮像レンズは主に銀塩カメラやデジタルカメラに搭載されていたが、近年ではカメラ付き携帯電話機の出現により、全く新たな市場が創出されつつある。このカメラ付き携帯電話機には当初、ＣＩＦ（Common Intermediate Format１０万画素），ＶＧＡ（Video Graphics Array３１万画素）と呼ばれる画素数のものが実用化されていたが、最近ではメガピクセルと呼ばれるＳＸＧＡ（Super extended Graphics Array１３１万画素）の画素数を有するものが実用化されており、画質的にデジタルカメラに匹敵するものが要求されている。

一方、携帯電話機へのカメラの搭載率は現在約２０％であり、その搭載率は今後増加するものと予測されている。これに伴い、メガピクセルに対応する高解像度を有する撮像レンズを多量生産する技術が不可欠となる。

なお、光学レンズの保持構造などに関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
特開平１１―２０２１７７号公報特開２０００−１９３７１号公報特開２０００−３９５４７号公報特開２００３−７５７００号公報特開２００３−１７７２９１号公報

ところで従来のデジタルカメラに代表される撮像レンズは、鏡筒と呼ばれるレンズ収納部材の内径同軸度を確保して、複数枚のレンズを１枚ずつ鏡筒に挿入して、鏡筒の内周面とレンズの外周部との隙間に接着剤を流し込んでレンズを個々に鏡筒に固定し、鏡筒内に複数枚のレンズからなるレンズ群を形成していた。

しかしこの方法によれば、鏡筒の内径とレンズの外周部を当接させながらレンズの光軸を合わせて組み合わせるので、鏡筒の内径の同軸度がずれていたり、各レンズの光軸がずれている場合には、焦点が合わなかったりする等光学特性が低下し、メガピクセルに対応する高解像度を有する光学ユニットを得ることが難しかった。

またこのように鏡筒と各レンズの間に接着剤が介在された構造では、折角、鏡筒の内径同軸度を確保しても、両者の間に介在される接着剤の乾燥固化時の収縮の影響で、レンズの位置がずれてしまい、レンズ間の光軸中心にずれを生じ、高い光学的精度を確保することが難しく、前述のＳＸＧＡクラスの画素数を実現するには性能的に問題があり、品質に優れた光学ユニットを得ることが難しかった。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、品質に優れた信頼性の高い光学ユニットの製造方法及びその製造方法で得られた光学ユニットを提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、光学機能面とその外周にフランジ部を有する複数の光学素子の各々に光を照射し、その光を撮像素子で受光して撮像画像を得ることにより、各光学素子の光学機能面の光軸を求め、これらの光学素子の光学機能面の光軸を合わせた状態で一体化して素子積層体を形成した後、前記中央部に透孔を有し、後面に開口部を有し、前記素子積層体の各光学素子の外径より大径の内周を有する筒状の収納部材に、前記開口部から前記素子積層体を挿入・収納して、前記透孔を有する内面に前記素子積層体の前面側光学素子の前記フランジ面を当接させ、前記素子積層体の外周に部分的な突出があった場合でも、前記各光学素子の外周と前記収納部材の内周との間に隙間を形成させ、前記収納部材の開口部に積層体押さえ部材を装着し、収納部材と積層体押さえ部材を連結して収納部材内に収納した素子積層体を固定したことを特徴とするとするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記収納部材の透孔は前絞りとして機能する透孔であることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記素子積層体の外周と前記収納部材の内周との間に形成される隙間が１０〜１００μｍであることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記素子積層体はピラミッド状に積層されており、その素子積層体の前面側光学素子が前記前面透孔に露出するように挿入、固定されていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は、光学ユニットが前記第１ないし第４の手段によって製造されたことを特徴とするものである。

前記第１の手段は、光学機能面とその外周にフランジ部を有する複数の光学素子の各々に光を照射し、その光を撮像素子で受光して撮像画像を得ることにより、各光学素子の光学機能面の光軸を求め、これらの光学素子の光学機能面の光軸を合わせた状態で一体化して素子積層体を形成した後、前記中央部に透孔を有し、後面に開口部を有し、前記素子積層体の各光学素子の外径より大径の内周を有する筒状の収納部材に、前記開口部から前記素子積層体を挿入・収納して、前記透孔を有する内面に前記素子積層体の前面側光学素子の前記フランジ面を当接させ、前記素子積層体の外周に部分的な突出があった場合でも、前記各光学素子の外周と前記収納部材の内周との間に隙間を形成させ、前記収納部材の開口部に積層体押さえ部材を装着し、収納部材と積層体押さえ部材を連結して収納部材内に収納した素子積層体を固定したことを特徴とするものである。
そのため複数の光学素子の光軸が精度よく一致するように、光学素子を積層することが容易且つ確実に行なうことができ、素子積層体の外周に部分的な突出があっても素子積層体に無理な力が加わることなく、複数の光学素子の光軸が精度よく一致した状態で素子積層体を収納部材に収納固定することができる。

前記第３の手段は、素子積層体の外周と前記収納部材の内周との間に形成される隙間が１０〜１００μｍであることを特徴とするものである。そのため素子積層体の外周に部分的な突出があっても素子積層体に無理な力が加わることなく、確実に素子積層体を収納部材に収納することができる。

前記第４の手段は、素子積層体はピラミッド状に積層されており、その素子積層体の前面側光学素子が収納部材の前面透孔に露出するように挿入、固定されている。そのため最底部の光学素子を基準として複数の光学素子の光軸を一致するように積層することが容易となる。

前記第５の手段は、光学ユニットが前記第１ないし大４の手段によって製造されたことを特徴とするものである。従ってメガピクセルに対応する高解像度を有する光学ユニットとすることができる。

次に本発明の実施形態を図とともに説明する。本実施形態はカメラ付き携帯電話機に使用する光学ユニットの例を示しており、図１はその光学ユニットの断面図である。

図１に示すように光学ユニット１は、ポリオレフィン系樹脂からなるレンズ状の第１光学素子２と第２光学素子３と第３光学素子４とを積層して一体化した素子積層体５と、その素子積層体５を収納する鏡筒と呼ばれるポリオレフィン系樹脂とカーボンブラック等の黒色顔料とからなる黒色の収納部材６と、収納部材６内に収納した素子積層体５を固定するポリオレフィン系樹脂とカーボンブラック等の黒色顔料とからなる黒色の積層体押さえ部材７とから主に構成されている。本実施形態の場合は第１〜３光学素子２〜４は全てプラスチックレンズから成るが、一部をプラスチックレンズ、その他をガラスレンズで構成する場合もあり、また、一部を光学レンズ、その他をフィルター等の他の光学素子で構成する場合もある。

図２は第１光学素子２の拡大平面図、図３は図２Ａ―Ａ線上の断面図である。第１光学素子２は図３に示すように、一方の面に凸状非球面の第１の光学機能面８をａの範囲で形成し、反対側の面に凹状非球面の第２の光学機能面１０をｂの範囲で形成している。

前記光学機能面８,１０の外周にフランジ部１２が一体に設けられ、図３に示すように光学機能面１０の外周とフランジ部１２との間に平面形状が環状の突出部１３が設けられている。一方、光学機能面８側のフランジ部１２の上面には溝状で平面形状が円弧状あるいは長方形の接着剤溜め部１４が、光学機能面８を間にして対称位置に形成されている。本実施形態の場合、第1光学素子２の光学機能面８の光軸Ｏ１と同軸状に円弧状の接着剤溜め部１４を形成している。

図２に示す符号１５は第１光学素子２を射出成形する際のゲート部であり、射出成形時に溶融樹脂がこのゲート部１５を通って成形金型のキャビティー内に流れ込んで、第１光学素子２が形成される。また前記接着剤溜め部１４は、金型内に設けられた突出部（図示せず）によって形成される。この接着剤溜め部１４を樹脂の流れに逆らうように、例えば接着剤溜め部１４を第１光学素子２の中心部から外周部に向けて長方形に形成すると、成形時に樹脂の流れが乱れて、第１光学素子２の光学特性に悪影響を及ぼす。そのため本実施形態では、金型内の樹脂の流れに沿うように、すなわち図２に示すようにゲート部１５のカットを容易にするように形成されるゲートカット部面１５ａと鎖交する方向に延びるように接着剤溜め部１４が形成される。

この接着剤溜め部１４を第１光学素子２の全周にわたって形成することもできるが、そうすれば接着剤溜め部１４に注入する接着剤の絶対量が多くなり、接着剤が乾燥固化する際の収縮力が光学素子の光学特性に悪影響を及ぼす心配がある。そのため本実施形態では、図２に示すように第１光学素子２の周方向に沿って少なくとも１個、好ましくは断続的に複数個所（例えば２〜５個所程度）で、光学機能面８からできるだけ離れた外周縁に近い位置、すなわちフランジ部１２の幅方向の中心線Ｌよりも径方向外側の位置で、好ましくは光学機能面８を間にして対象位置または（ならびに）周方向に沿って等間隔に接着剤溜め部１４が形成されている。このような接着剤溜め部１４は、フランジ部１２の上面に限らず、底面、側面に設けてもよく、これらの表面の少なくとも一面にあれば十分である。このような接着剤溜め部の位置の考慮は、後述する第２,３光学素子３，４においても同様である。

図３に示すように、光学機能面８の外周に平面部１６が設けられており、その光学機能面８と平面部１６の境界になだらかでない明確な屈曲部１７が形成され、この屈曲部１７は図２に示すように第１の光学機能面８の外周に沿って円環状に形成されている。

図４は、図３に示した光学機能面８と平面部１６の境界部付近の要部拡大断面図である。光学機能面８と平面部１６との間の屈曲部１７の曲率半径Ｒは１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．1ｍｍ以下で可能な限り０に近い値である。本実施形態の場合、屈曲部１７の曲率半径Ｒは０．０５ｍｍに設定されている。光軸中心Ｏを求める他の屈曲部においても、その曲率半径Ｒは０．０５ｍｍに設定されている。

本実施形態では成形された第１光学素子２の光軸中心Ｏ１を、この断面形状がシャープな円環状の屈曲部１７を利用して求める。図５は同軸落射法によって、光学素子２（３，４）の光軸中心Ｏを求める光学的手段の概略構成を示す図である。

同図に示すように光源１８から出射された光１９はハーフミラー２０で反射され、カメラレンズ２１を通過することにより所定の面積を照射する平行光になって光学素子２（３,４）の平面を照射する。光学素子２（３,４）で反射した反射光はカメラレンズ２１とハーフミラー２０を透過し、ＣＣＤなどの固体撮像素子２２で受光され、受光情報はパーソナルコンピュータ２３でデータ処理され、その結果が光学素子２（３，４）の撮像画像２４として表示画面２５に表示される。

この場合、固体撮像素子２２は１０万〜１００万画素の素子で形成されており、この画素数が多いほど前記屈曲部１７の輪郭を鮮明に撮像できる。この際画素の細分化処理を行うことにより、より鮮明な輪郭を得ることができる。更に、ここで使用される光源１８としては、可視光および紫外光を使用することができるが、紫外光を使用した際には前記輪郭がよりシャープに撮像可能となり好ましい。

図６と図７は、その撮像画像の例を示す図である。図６の例は、光学素子における光学機能面８と平面部１６の境界に形成されている屈曲部１７の曲率半径Ｒが０．２ｍｍで極めて明確（シャープ）であるため、屈曲部１７（光学機能面８の周縁）は外側にはみ出た凹凸が無く、綺麗な円になっている。この屈曲部１７（光学機能面８の周縁）によって形成される検出環上の多数の座標情報に基づいて、パーソナルコンピュータ２３で当該光学素子の中心位置、すなわち光軸中心Ｏを演算で求め、その光軸中心Ｏの座標位置をパーソナルコンピュータ２３の記憶部に記憶しておく。

なお、円周上の座標情報に基づいて当該円の中心位置を演算する手法は周知であるので、その説明は省略する。屈曲部１７によって形成される検出環は、隣接する２つの部分（この場合は凸状の光学機能面８と平面部１６）は光源１８から出射した光１９の反射率の差異によって生じるものである。例えば透明体の反射率は、スネルの法則、フレネルの式によって求めることができる。即ちこの反射率差または反射率変化がより急峻なほど良好な信号対ノイズ特性を得ることができ、シャープな輪郭画像が得られる。なお、図６中の符号９は、光学素子２のフランジ部１２に形成された成形時の突き出しピンの跡である。

一方、図７の例は、光学素子における光学機能面８と平面部１６の境界に形成されている屈曲部１７が比較的なだらかで明確な境界がないため（曲率半径Ｒが２．８ｍｍ）、画像上、屈曲部１７によって形成される検出環の外周にひげ状の凹凸が形成され、シャープな輪郭の円になっておらず、外形がぼやけた状態になっている。このような検出環に基づいて光軸中心を求めても、正確な中心座標が得られないため、曲率半径Ｒの小さい境界の明確な屈曲部１７を利用して光軸中心Ｏを求める必要がある。なお、図６と図７は、光学素子の形状が若干異なっている。

素子積層体５の組み立て方法によっては、光軸中心Ｏを求めるときに前述の屈曲部１７が利用できない場合がある。そのような場合は図３に示すように、反対側の第２の光学機能面１０と突起部１３の境界にある屈曲部３４を利用して光軸中心Ｏ１を求める。従ってこの屈曲部３４も曲率半径Ｒが前述のように小さく規制されている。

図４では凸状の非球面を有する光学機能面８と平面部１６の境界にある屈曲部１７を利用する場合について説明したが、図８に示すように断面形状がほぼ三角形に突出した山形（凸部）の屈曲部１７、図９に示すように断面形状がほぼ三角形に窪んだＶ溝形（凹部）の屈曲部１７、図１０に示すようにほぼ直角の段差部における下側の角部に当る屈曲部１７あるいは図１１に示すようにほぼ直角の段差部における上側の角部（エッジ部）に当る屈曲部１７などを利用して、光学素子の光軸中心Ｏを求めることも可能である。

光学素子の光軸中心Ｏを求めるのに光学素子の外周部を利用することも考えられるが、光学素子の外周部は寸法精度が低く、しかも光学機能面から離れているため、好ましくない。その点、光学素子の面上に形成されている屈曲部は寸法精度が高く、しかも光学機能面に近いことから、精密に光軸中心Ｏを求めることができる。特に光学機能面に隣接した屈曲部を利用すると、光学機能面に最も近いから光軸中心Ｏが精度良く求まる。

図１２は第２光学素子３の拡大平面図、図１３は図１２Ｂ―Ｂ線上の断面図である。第２光学素子３は図１３に示すように、一方の面に凹状非球面の第１の光学機能面２６をｃの範囲で形成し、反対側の面に凸状非球面の第２の光学機能面２８をｄの範囲で形成している。

前記光学機能面２６,２８の外周にフランジ部３０が設けられ、図１３に示すように光学機能面２６の外周とフランジ部３０の間に環状の段差部３１が設けられ、フランジ部３０の光学機能面２６側の表面には溝状で平面形状が円弧状あるいは長方形の接着剤溜め部３２が、光学機能面２６を間にして対称位置に形成されている。本実施形態の場合も、第２光学素子３の光学機能面２６の光軸Ｏ２と同軸状に円弧状の接着剤溜め部３２が形成され、その接着剤溜め部３２はゲートカット部面３５ａと鎖交する方向に延びている。

光学機能面２８側のフランジ部３０の表面には、平面形状が環状の突出部３３が設けられている。図１２に示す符号３５は第２光学素子３を射出成形する際のゲート部である。また符号６４ａ,６４ｂ,６４ｃは、後述する吸引装置６２の吸引口である。

この第２の光学素子３では図１３に示すように、第１の光学機能面２６の外周と段差部３１の境界にある屈曲部３６、あるいは第２の光学機能面２８の外周とフランジ部３０の境界にある屈曲部３７が、第２の光学素子３の光軸中心Ｏ２を求めるのに利用される。

図１４は第３光学素子４の拡大平面図、図１５は図１４Ｃ―Ｃ線上の断面図である。第３光学素子４は図１５に示すように、一方の面に凹状非球面の第１の光学機能面３８をｅの範囲で形成し、反対側の面に凸状非球面の第２の光学機能面４０をｆの範囲で形成している。

前記光学機能面３８,４０の外周にフランジ部４１が設けられ、図１５に示すように光学機能面３８の外周とフランジ部４１の間に平面形状が環状の段差部４２が設けられ、フランジ部４１の光学機能面３８側の表面には溝状で平面形状が円弧状あるいは長方形の接着剤溜め部４３が、光学機能面３８を間にして対称位置に形成されている。本実施形態の場合も、第３光学素子４の光学機能面３８の光軸Ｏ３と同軸状に円弧状の接着剤溜め部４３を形成し、この接着剤溜め部４３はゲートカット部面４４ａと鎖交する方向に延びている。図１４に示す符号４４は第３光学素子４を射出成形する際のゲート部である。

この第３の光学素子４では図１５に示すように、第１の光学機能面３８の外周と段差部４２の根元部との境界にある屈曲部４５、あるいは段差部４２の光学機能面３８寄りの屈曲部４６、または第２の光学機能面４０の外周とフランジ部４１の境界にある屈曲部４７が、第３の光学素子４の光軸中心Ｏ３を求めるのに利用される。

図１４に示すようにフランジ部４１の光学機能面３８側の表面には、１個あるいは周方向に沿って所定の間隔をおいて配置された複数個（本実施形態では２個）のレンズ側基準部４８（４８ａ，４８ｂ）が設けられている。本実施形態の場合このレンズ側基準部４８は、フランジ部４１と一体に形成された球面状凸部から構成されている。このレンズ側基準部４８は、後述するように第１及び第２の光学素子２及び３を第３の光学素子４上に積み重ね、これら光学素子２〜４の光軸Ｏ１〜Ｏ３を調芯する際に利用される。

図１６は収納部材６の断面図、図１７は収納部材６の左側面図、図１８は収納部材６の右側面図である。なお、図１６は図１７のＤ―Ｄ線上の断面図である。収納部材６は、例えばガラス繊維を所定量混合分散したポリカーボネ−ト樹脂の黒色成形体で構成され、この収納部材６内に入光される光線の反射を抑制するようになっている。

図１６に示すように、図１に示す素子積層体５を収納する円筒の筒状部４９と、その筒状部４９の一方の端部に設けられた絞り部５０とを有している。図１に示されているように第１光学素子２,第２光学素子３,第３光学素子４は順次径大になっているため、それに対応して筒状部４９の内径も絞り部５０側から反対の開口部側に向けて順次階段状に径大になっている。

筒状部４９のうちで、第１光学素子２を収納する部分の内径Ｄ１は第１光学素子２の外径より若干大きく、第２光学素子３を収納する部分の内径Ｄ２は第２光学素子３の外径より若干大きく、第３光学素子４を収納する部分の内径Ｄ３は第３光学素子４の外径より若干大きく設計されている。後述するように第１光学素子２と第２光学素子３と第３光学素子４を一体に接合する際に互いに光軸中心Ｏが一致するように位置調整するため、一部の光学素子の外周が部分的に突出することがある。その突出寸法を許容できるように前記内径Ｄ１〜Ｄ３が設定されている。そのため図１に示すように、収納部材６に素子積層体５を収納したときに両者の間には通常、１０μｍ以上、１０００μｍまでの幅の隙間５１が形成されることになる。

従って、後述するように第1〜３光学素子２〜４をこれらの光軸Ｏ１〜Ｏ３が一致するように積み重ねられ、接着一体化された素子積層体５を収納部材６に組み込む際、収納部材６の内面１１と素子積層体５の第1光学素子２のフランジ上面２７のみが当接することになり、この収納部材６の内面が素子積層体５に対する基準面として作用し、収納部材６の中心軸と素子積層体５の光軸を合わせた状態で組み込みが可能となる。

前記絞り部５０の中心部には前絞りとして機能する透孔５２が形成され、その透孔５２から外側に向けて徐々に径大となった拡大部５３が設けられている。図１６と図１７に示すように、絞り部５０の前面の外周部には周方向に沿って複数個（本実施形態では４個）の切欠部５４が形成されている。そしてその外周部の切欠部５４と切欠部５４とを結ぶ円弧状の領域は光学ユニット取り付け基準面５５になっており、図１６に示すようにその基準面５５の内側領域よりも一段低くなっている。この基準面５５は、収納部材６の絞り部５０を底面として収納部材６に光学素子２,３,４を組み込みする場合の基準面として作用する。

そして図１７に示すように前記切欠部５４と基準面５５を除く内側領域（拡大部５３を含む）の表面には、ブラスト処理などによってシボ模様の微細な凹凸５６が形成されている。この微細な凹凸５６は光学ユニットのゴースト対策のために設けられているが、この微細な凹凸５６を有する表面を光学ユニット取り付け基準面とすると、表面の平坦性が確保できないため、本実施形態では微細な凹凸５６を有しない別の平面を光学ユニット取り付け基準面５５としている。

なお、前記切欠部５４は、素子積層体５を組み込んだ収納部材６（光学ユニット１）のねじ部５８でカメラなどの光学装置に螺合する際、収納部材６を回転させる取付け装置の係合部と係合して、収納部材６を回転させる機能を有するが、この切欠部５４を前記基準面５５として利用することも可能である。

図１８に示すように、絞り部５０の上面には、１個あるいは複数個（本実施形態では２個）の収納部側基準部５７（５７ａ，５７ｂ）が形成されている。本実施形態では、収納部側基準部５７は有底状の角孔から構成されている。筒状部４９の外周には、光学ユニットを取り付ける取付部材と螺合するためのねじ部５８が設けられている。

光学ユニットの組み立てには大きく分けて、第１〜３光学素子２〜４を順次積層して素子積層体５を作り、その素子積層体５を収納部材６に収納して光学ユニットとする方法と、収納部材６に第１〜３光学素子２〜４を順次装着して光学ユニットとする方法とがある。

本実施形態での前者の方法は、第３光学素子４の上に第２光学素子３を固定し、その上に第１光学素子２を固定して行く方法を採用する。Ｘ−Ｙ方向ならびに回転方向（Θ方向）に精密に移動可能なステージ上に第３光学素子４をセットし、ステージを動かして図５に示すように第３光学素子４をカメラレンズ２１の真下に移動する。この状態で撮像画像２４を得て、それからの座標情報に基づいて図１４に示す第３光学素子４の光軸中心Ｏ３とレンズ側基準部４８ａ，４８ｂの位置、光軸中心Ｏ３とレンズ側基準部４８ａとの距離、光軸中心Ｏ３とレンズ側基準部４８ｂとの距離、ならびにレンズ側基準部４８ａと光軸中心Ｏ３とレンズ側基準部４８ｂがなす角度（Θ１）などを演算して、パーソナルコンピュータ２３の記憶部に記憶させる（画像処理）。

なおこの場合、レンズ側基準部４８ａ，４８ｂの２個の基準部を使用したが、１個の基準部４８ａ（４８ｂ）を使用し、撮像画像２４上にＸ軸,Ｙ軸，σ座標を設定し、σ座標（基準座標）からの光軸Ｏ３までの座標等を利用して、位置を認識することもできる。

次に図１に示すように第３光学素子４の段差部４２の上に、所定の内径及び段差部４２の外径とほぼ等しい外径を有するドーナツ状の後絞り部材５９を載置する。この後絞り部材５９と後述する中絞り部材６０は、例えばカーボンブラックを練り込んだポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの合成樹脂フィルムの表面に更に黒色の遮光性塗料を塗布したもので、画像の隅部にボヤケが生じる、いわゆるゴーストの発生を抑制するために使用される。

また、第３光学素子４の接着剤溜め部４３には、接着剤６１が注入される。接着剤６１としては、例えばアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂などの光硬化性接着剤やエポキシ系樹脂などの熱硬化性の接着剤が用いられる。本実施形態では光学素子が透明体であることから、光学素子上から紫外線を照射することにより容易に接着可能な紫外線硬化樹脂を使用している。液状の接着剤６１は、注射針状のディスペンサーにより接着剤溜め部４３に過不足なく規定量注入される。接着剤６１の注入が終わると、前記ステージ上に載置されている第２光学素子３をカメラレンズ２１の真下に移動させる。

図１９に示すように第２光学素子３は第１の光学機能面２６側を上にして、前記ステージ上で第２光学素子３の光軸Ｏ２を前記屈曲部３６を利用して画像処理により第２光学素子３の光軸Ｏ２の位置を画像上で認識し、さらに前記第３光学素子４の際認識、記録したレンズ側基準部４８ａ，４８ｂの位置と合うように、第２の光学素子３をステージの移動を調整して第２光学素子３の第３光学素子４への積み重ね位置を設定する。

.そして第３光学素子４の上に第２光学素子３を載置する作業に移る。図１９と図２０は、第２光学素子３を吸引装置６２で吸引する様子を示す図である。吸引装置６２には、３本の吸引孔６３ａ,６３ｂ,６３ｃが三叉状に設けられ、吸引孔６３ａの先端部に吸引口６４ａが、吸引孔６３ｂの先端部に吸引口６４ｂが、吸引孔６３ｃの先端部に吸引口６４ｃが、それぞれ形成されている。

図１９に示すように第２光学素子３は第１の光学機能面２６側を上にして積み重ね位置を画像処理上で認識、設定された状態でステージ６５（図２０参照）上に置かれており、その上に吸引装置６２が降下し、図１２に示すように第２光学素子３の一方の接着剤溜め部３２上に吸引口６４ａが乗り、他方の接着剤溜め部３２上に吸引口６４ｂが乗る。吸引口６４ａ，６４ｂは接着剤溜め部３２より広い面積を有しているため、溝状の接着剤溜め部３２があっても吸引には支障をきたさない。吸引口６４ｃは、図１２に示すように第２光学素子３のゲート部３５と反対側のフランジ部３０上を吸着する。

第２光学素子３は、吸引装置６２によって吸引された状態で上昇する。吸引装置６２は、撮像装置による撮像に支障のない配置となっている。図示していないが、吸引装置６２や撮像装置の付近には接着剤の注入装置や紫外線照射装置なども配置されている。

第２光学素子３が上昇した状態で今度は前記ステージが移動して第３光学素子４の光軸Ｏ３が認識された位置に戻り、吸引装置６２により吸引された第２光学素子４の真下に来る。第３光学素子４は第２光学素子３の外径より大きく、第３光学素子４のレンズ側基準部４８ａ，４８ｂは第２光学素子３の上からでも監視できるから、このレンズ側基準部４８ａ，４８ｂを監視しながら第２光学素子３を第３光学素子４上に設定する。その結果、前記画像処理により認識された第３光学素子４の光軸中心Ｏ３と第２光学素子３の光軸中心Ｏ２が一致することになる。

第２光学素子３を降下させると、第２光学素子３の突出部３３を第３光学素子４の段差部４２に嵌合し、第３光学素子４の接着剤溜め部４３に注入している接着剤６１に紫外線を照射して、第３光学素子４と第２光学素子３を一体に接着する。

次に第２光学素子３の段差部３１の上に中絞り部材６０（図１参照）を乗せ、第２光学素子３の接着剤溜め部３２に接着剤６１を注入し、後は第２光学素子３と同様に第１光学素子２を吸引装置６２で持ち上げる。図２１と図２２は、第１光学素子２を吸引装置６２で吸引する様子を示す図である。

第１光学素子２の光軸中心Ｏ１を第３光学素子４の光軸中心Ｏ３（第２光学素子３の光軸中心Ｏ２）と合わせる場合も、第３光学素子４のレンズ側基準部４８ａ，４８ｂを光学的に検知して行う。そのため、第３光学素子４の外径は第１光学素子２および第２光学素子３の外径よりも大きく、各光学素子を積層した際に第３光学素子４の基準部４８が第１光学素子２および第２光学素子３から露呈するようになっている。本実施形態の場合、第１光学素子２の外径は５.７ｍｍ，第２光学素子３の外径は５.９ｍｍ，第３光学素子４の外径は６.４ｍｍで、第３光学素子４のレンズ側基準部４８ａ，４８ｂは，第３光学素子４の設計上の中心位置から３.０５ｍｍの位置に設けられており、各光学素子を積層した際に第３光学素子４の基準部４８ａ，４８ｂが第１光学素子２および第２光学素子３から露呈するように設計されている。

このようにして第１〜３光学素子２〜４を組み合わせて素子積層体５が構成され、それが収納部材６内に挿入されて固定される。その際最上段にある第１光学素子２の接着剤溜め部１４に接着剤６１が注入され、ステージ６５が移動して収納部材６がカメラレンズ２１の真下に来る。収納部材６は絞り部５０側を上にしてステージ６５上にセットされており、収納部材６の透孔５２を撮像し、それに基づいて透孔５２の光軸中心Ｏ４を求める。

そして収納部材６を吸引装置６２で持ち上げ、素子積層体５をその収納部材６の真下に移動し、レンズ側基準部４８ａ，４８ｂを光学的に検知しながら、素子積層体５の光軸中心Ｏ１〜Ｏ３が透孔５２の光軸中心Ｏ４と一致すように位置調整して、収納部材６を降下させて素子積層体５と収納部材６とを接着剤６１で接着する。従って収納部材６の絞り部５０の内面が素子積層体５の取付け基準面となる。

光学素子２,３と収納部材６の上昇、下降動作は、１つの吸引装置６２によってなされるから、光学素子２,３と収納部材６は共通の吸着面を有している。

前述の例では収納部材６の透孔５２を撮像し、それに基づいて透孔５２の光軸中心Ｏ４を求めたが、収納部材６の透孔５２と収納部材側基準部５７ａ，５７ｂを撮像し、それからの座標情報に基づいて図１８に示す収納部材６の光軸中心Ｏ４と収納部材側基準部５７ａ，５７ｂの位置、光軸中心Ｏ４と収納部材側基準部５７ａとの距離、光軸中心Ｏ４と収納部材側基準部５７ｂとの距離、ならびに収納部材側基準部５７ａと光軸中心Ｏ４と収納部材側基準部５７ｂがなす角度などを演算して、これらの情報に基づいて素子積層体５との光軸合わせをすることもできる。

また前述の例では、まず素子積層体５を構成し、これを収納部材６に挿入したが、光学素子２〜４を１枚ずつ収納部材６に挿入して、収納部材６の中で素子積層体５を構成することもできる。この場合は、収納部材６の透孔５２での光軸中心Ｏ４と、各光学素子２〜４の光軸中心Ｏ１〜Ｏ３を個別に求めて、光軸中心の位置合わせをしながら光学素子２〜４を１枚ずつ収納部材６に挿入する。

なお前記実施形態では、第１〜第３光学素子２〜４の光軸Ｏ１からＯ３を前述のように画像処理によって求めているが、第１光学素子２は画像処理を使用することなく、そのフランジ部の外径と収納部材６の段差での嵌合等の他の光軸検出手段により行い、その上に積層される第２,第３光学素子３,４を画像処理でその光軸を求め、その光軸を第１光学素子２の光軸と一致するように組み込むことができる。

図１に示すように素子積層体５を接着した後、収納部材６の開口部から積層体押さえ部材７が装着され、収納部材６と積層体押さえ部材７の間も接着剤（図示せず）で連結される。なお、素子積層体５の形成は、接着剤によらずレーザーなどを使用して光学素子のフランジ部を溶融接着することもできる。

このようにして組み立てが完了した光学ユニット１が図１に示されており、同図に示すように光学素子２〜４の各光学機能面は隙間をおいて組み合わせられるとともに、収納部材６の筒状部４９と素子積層体５との間には隙間５１がある。本実施形態での隙間５１は、第１光学素子２では２０μｍ、第２光学素子３では５０μｍ、第３光学素子４では８０μｍであるが、第１〜第３光学素子２〜４で同一幅であってもよい。

この光学ユニット１は、図１に示すように例えば固体撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳなど）の受光面６６を有するユニット支持部材６７に螺合される。そして収納部材６の前記切欠部５４を利用して光学ユニット１を回転しながら受光面６６上に焦点を合わせ、その焦点合わせが終わると、光学ユニット１とユニット支持部材６７の螺合部に接着剤（図示せず）を流し込んで、光学ユニット１とユニット支持部材６７を一体化する。この光学ユニット１を例えばカメラに内蔵する場合、前記ユニット支持部材６７はカメラ本体部かあるいはそれに類似した部材となる。

図２３は、光学素子の変形例を示す平面図である。この例の場合、成形金型内で光学素子を射出成形した後に成形金型から光学素子を押し出す（離型）ための押し出しピン６８が当るピン当接部６９を、光学素子の外周部に一体に成形されている。このピン当接部６９は、光学素子の設計中心を中心にして対称位置に設けられている。光学素子の成形後、このピン当接部６９はゲート部４４と共に光学素子から切除される。

前記実施形態では光学ユニットをカメラ付き携帯電話機に適用する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばデジタルカメラ、画像読取装置、画像形成装置、内視鏡、テレビドアホーン、車載用画像センサーなど他の技術分野にも適用可能である。

本発明の実施形態に係る光学ユニットの断面図である。第１光学素子の拡大平面図である。図２Ａ―Ａ線上の断面図である。第１光学素子における屈曲部付近の要部拡大断面図である。屈曲部を利用して光学素子の光軸中心を求めるためのシステム構成図である。光学素子の撮像画像図である。他の光学素子の撮像画像図である。光学素子における他の屈曲部付近の要部拡大断面図である。光学素子における他の屈曲部付近の要部拡大断面図である。光学素子における他の屈曲部付近の要部拡大断面図である。光学素子における他の屈曲部付近の要部拡大断面図である。第２光学素子の拡大平面図である。図１２Ｂ―Ｂ線上の断面図である。第３光学素子の拡大平面図である。図１４Ｃ―Ｃ線上の断面図である。収納部材の断面図である。収納部材の左側面図である。収納部材の右側面図である。吸引装置で第２光学素子を吸引する様子を示す平面図である。吸引装置で第２光学素子を吸引する様子を示す側面図である。吸引装置で第１光学素子を吸引する様子を示す平面図である。吸引装置で第１光学素子を吸引する様子を示す側面図である。光学素子の変形例を示す拡大平面図である。

符号の説明

１：光学ユニット、２：第１光学素子３：第２光学素子、４：第３光学素子、５：素子積層体、６：収納部材、７：積層体押さえ部材、８：第１の光学機能面、９：ピンの跡、１０：第２の光学機能面、１１：内面、１２：フランジ部、１３：突出部、１４：接着剤溜め部、１５：ゲート部、１５ａ：ゲートカット部面、１６：平面部、１７：屈曲部、１８：光源、１９：光、２０：ハーフミラー、２１：カメラレンズ、２２：固体撮像素子、２３：パーソナルコンピュータ、２４：撮像画像、２５：表示画面、２６：第１の光学機能面、２７：フランジ上面、２８：第２の光学機能面、３０：フランジ部、３１：段差部、３２：接着剤溜め部、３３：突出部、３４：屈曲部、３５：ゲート部、３５ａ：ゲートカット部面、３６：屈曲部、３７：屈曲部、３８：第１の光学機能面、４０：第２の光学機能面、４２：段差部、４３：接着剤溜め部、４４：ゲート部、４４ａ：ゲートカット面、４５：屈曲部、４６：屈曲部、４７：屈曲部、４８：レンズ側基準部、４９：筒状部、５０：絞り部、５１：隙間、５２：透孔、５３：拡大部、５４：切欠部、５５：光学ユニット取り付け基準部、５６：微細な凹凸、５７：収納部材側基準部、５８：ねじ部、５９：後絞り部材、６０：中絞り部材、６１：接着剤、６２：吸引装置、６３：吸引孔、６４：吸引口、６５：ステージ、６６：受光面、６７：ユニット支持部材、６８：押し出しピン、６９：ピン当接部、ａ：第１の光学機能面の範囲、ｂ：第２の光学機能面の範囲、ｃ：第１の光学機能面の範囲、ｄ：第２の光学機能面の範囲、ｅ：第１の光学機能面の範囲、ｆ：第２の光学機能面の範囲、Ｏ１：第１光学素子の光軸中心、Ｏ２：第２光学素子の光軸中心、Ｏ３：第３光学素子の光軸中心、Ｒ：屈曲部の曲率半径、Ｌ：フランジ部の幅方向の中心線。

Claims

光学機能面とその外周にフランジ部を有する複数の光学素子の各々に光を照射し、その光を撮像素子で受光して撮像画像を得ることにより、各光学素子の光学機能面の光軸を求め、これらの光学素子の光学機能面の光軸を合わせた状態で一体化して素子積層体を形成した後、
前記中央部に透孔を有し、後面に開口部を有し、前記素子積層体の各光学素子の外径より大径の内周を有する筒状の収納部材に、前記開口部から前記素子積層体を挿入・収納して、前記透孔を有する内面に前記素子積層体の前面側光学素子の前記フランジ面を当接させ、前記素子積層体の外周に部分的な突出があった場合でも、前記各光学素子の外周と前記収納部材の内周との間に隙間を形成させ、
前記収納部材の開口部に積層体押さえ部材を装着し、収納部材と積層体押さえ部材を連結して収納部材内に収納した素子積層体を固定したことを特徴とする光学ユニットの製造方法。
請求項１記載の光学ユニットの製造方法において、前記収納部材の透孔は前絞りとして機能する透孔であることを特徴とする光学ユニットの製造方法。
請求項１または２記載の光学ユニットの製造方法において、前記素子積層体の外周と前記収納部材の内周との間に形成される隙間が１０〜１００μｍであることを特徴とする光学ユニットの製造方法。
請求項１ないし３記載のいずれか１項記載の光学ユニットの製造方法において、前記素子積層体はピラミッド状に積層されており、その素子積層体の前面側光学素子が前記前面透孔に露出するように挿入、固定されていることを特徴とする光学ユニットの製造方法。
請求項１ないし４記載のいずれか１項記載の光学ユニットの製造方法によって製造されたことを特徴とする光学ユニット。