JP3836401B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズのような光学部品を被取り付け体に接着剤で接着してなる光学装置と、レンズのような光学部品を被取り付け体に接着剤で接着する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信や計測に用いられる精密な光学部品を有する光学装置においては、光学部品を装置内の所定位置に固定するために、当該光学部品を保持部材に対して接着剤で接着して固定する手法を採用する場合がある。
【０００３】
例えば、図５に本願の出願人が特願平１１−１１２５７２号で提案した光学装置である変位測定装置を示す。この変位測定装置は、測定対象面１０上に照射された光で形成される照射点を一定の間隔で走査させることにより、前記測定対象面１０の変位量を非接触で測定する装置である。
【０００４】
変位測定装置１の投光手段２は、レーザダイオード等の光源３と、偏向装置４と、収束レンズ５で概略構成される。光源３は、偏向装置４にレーザ光を出射する。偏向装置４は、入射したレーザ光を偏向させ、一定のストロークでレーザ光を走査する。収束レンズ５は、偏向装置４により扇形に走査されるレーザ光を平行に収束させる。受光手段６は集光レンズアレイＣと結像レンズアレイＦと受光素子群Ｐで構成される。集光レンズアレイＣには光軸廻りに均等な結像特性を有する複数の集光レンズＣ１〜Ｃｎが照射光の走査方向に沿って構成され、測定光を収束させる。結像レンズアレイＦは光軸廻りに均等な結像特性を有する複数の結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍ（この例ではＦ１，Ｆ２の二つ）が、照射光の走査方向に沿って所定数（この例では６）の集光レンズ部Ｃ１〜Ｃ６ごとに構成される。結像レンズアレイＦは、収束された測定光を受光素子群Ｐの受光面Ｐ１ａ〜Ｐｍａ上に結像させる。受光素子群Ｐは結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍごとに受光素子Ｐ１〜Ｐｍを有する。
【０００５】
上記構成によれば、結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍが照射光の走査方向に沿って所定数の集光レンズ部Ｃ１〜Ｃ６ごとにアレイ状に構成されているので、照射点の走査幅が拡大され、測定対象に対して高精度で高速かつ短時間の変位測定が可能となる。
【０００６】
この変位測定装置は、上述のように光学部品として収束レンズ５、集光レンズアレイＣ、結像レンズアレイＦを有しているが、これらのレンズは装置の筐体内に配置された図示しない板状のホルダに接着剤で取り付けられている。
【０００７】
図６（ａ）は、これらのレンズのホルダに対する接着による取り付け構造を模式的に示したものであり、細長いレンズＬの略中央部分の一箇所をホルダＨに非弾性接着剤Ａで接着している。図６（ｂ）はその取り付け構造の力学的状態を示す図であり、略中央の固定部分に対してその細長い形状の両端が自由端になっている。
【０００８】
このような接着構造にしたのは、次の理由による。即ち、レンズＬはガラス等からなるものであるのに対し、ホルダＨはアルミニウム等の金属からなるものであり、両者は熱膨張率が相違する。このため、温度差の生じる使用環境では接着面を許容応力に耐えうる最小面積に抑えて部品の重心付近に集中させ、伸びによる接着剤の剥離が起こりにくいようにする必要があるためである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者は、その提案に係る前記変位測定装置で採用した光学部品としてのレンズの接着構造において、次のような解決すべき課題を見出すにいたった。即ち、上記レンズの接着構造によれば、耐熱性と耐衝撃性の両立が難しい。つまり、前記レンズの接着方法であると、接着部分が略中央部の１箇所だけであるため耐衝撃性が弱い。耐衝撃性を強くするために熱膨張に強い弾性接着剤を使って広い面積で支持した場合であっても、接着剤の変形により精密な位置決めができない。
【００１０】
そこで本発明は、互いに熱膨張率が異なる光学部品と被取り付け体を接着剤で一体化した構造を有する光学装置において、耐熱性と耐衝撃性を両立させ、光学部品を精密に位置決めできるようにすることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された光学装置は、通信や計測に用いられる精密な光学部品１，１１と、該光学部品１，１１を互いの接着面で接着剤により保持する保持部材２とを有し、前記光学部品１，１１と前記保持部材２は、互いに熱膨張率が異なるような光学装置において、前記光学部品は長手形状であり、前記接着剤は、前記光学部品１，１１と前記保持部材２を固定で保持するための非弾性接着剤Ｒ及び前記光学部品１，１１と前記保持部材２を弾性力を持って保持するとともに外部要因による両者の位置ずれを吸収するための弾性接着剤Ｅであり、前記それぞれの接着面に、前記非弾性接着剤Ｒを使用する一つの非弾性接着部３と前記弾性接着剤Ｅを使用する一つ以上の弾性接着部４を有し、前記各接着部の間の前記保持部材２にスリット５を形成し、前記保持部材２の熱膨張に対して前記各接着部が追随しうる自由度が向上するように前記各接着部３，４を分離したことことを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載された光学装置は、請求項１記載の光学装置において、前記非弾性接着部３を前記光学部品１の重心位置に対応する長手方向の中央に設け、これを挟む二つの両端の位置に一つ以上の弾性接着部４を設けたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図１〜図３を参照して説明する。これらの例では、光学部品としてのレンズは前述した変位測定装置における集光レンズアレイＣのような細長い形状（長手形状）であるものとする。ここで、細長い形状（長手形状）とは、互いに交差する縦・横・長さの３つの方向についてレンズ形状を見た場合、縦及び横方向の寸法に比して長さ方向の寸法が相対的に大きく、長さ方向と直交する断面形状が長さ方向について一定か、又は長さ方向について規則的に変化する形状であることを意味するものとする。また、各例において、レンズが接着される非取り付け体としてのホルダは、例えばアルミニウム等の材質からなる板材である。
【００１９】
図１（ａ）は第１の例を示す。本発明による光学部材の接着構造によれば、非弾性接着剤Ｒと弾性接着剤Ｅをそれぞれ別々に使用して、それぞれ一以上の位置でレンズ１とホルダ２を接着したものであるが、特に本例では、非弾性接着部３をレンズ１の重心位置に対応する長手方向の中央に設け、これを挟む二つの両端の位置に弾性接着部４を設けたものである。
【００２０】
非弾性接着剤Ｒには、例えばアクリル系、ウレタン系、エポキシ系等の各接着剤があり、当該接着剤が固化した後にはレンズ１とホルダ２の非弾性接着部３はねじり変位を許容しない固定端としての性質を呈する。
【００２１】
弾性接着剤Ｅには、例えばシリコン系等の接着剤があり、当該接着剤が固化した後にはレンズ１とホルダ２の弾性接着部４はある程度のねじり変位を許容しうるローラ端としての性質を呈する。
【００２２】
従って、本例の力学的状態を示す図１（ｂ）に示すように、中央の非弾性接着部３はねじりが許容されない固定部分となり、その両端はねじりが許容されるローラ端としての弾性接着部４になっている。
【００２３】
本例では、中央の前記非弾性接着部３と両端の２つの前記弾性接着部４は、レンズ１の長手方向について並べて配置されているが、各部の間のホルダ２には接着部分離領域としてのスリット５が形成され、非弾性接着剤Ｒと弾性接着剤Ｅが混ざらないようになっている。
【００２４】
これは２種類の接着剤の混合および接着面に塗布した前処理剤の流入による接着力の低下を防ぐためである。すなわち、非弾性接着剤Ｒで接着するには、接着面に前処理剤を塗布する場合があるが、この前処理剤はシリコン系等の弾性接着剤Ｅを剥離しやすくするからである。
【００２５】
非弾性接着部３と弾性接着部４の間隔を十分取れるのであれば、ホルダ２の同一平面上に接着部分離領域であるスリット５を設けることなく両部を接着してもよいが、本例のように３つの接着部４，３，４を二本のスリット５，５で分ければ２種類の接着剤Ｒ，Ｅの混合の問題は確実に回避でき、接着工程での作業も簡単になる。また中央の非弾性接着部３のレンズ１の長手方向についての長さを一定に設定できるので、熱膨張に耐えられる面積を安定して確保し、接着力を一定に管理できる。なお、両側の弾性接着剤Ｅの場合は熱に比較的強いので、接着長さの管理は中央の非弾性接着剤Ｒに比べてさほど重要ではない。
【００２６】
本例のように長手形状のレンズ１を熱膨張率の異なるホルダ２に固定した場合には、熱膨張によって壊れやすいのはレンズ１を両端で固定した場合であり、中央で固定した場合には比較的壊れにくい。そこで、本例ではレンズ１の長手方向に関する重心位置である中央部を非弾性接着部３とし、しかもその面積は熱膨張に耐えられる大きさに抑え、両端を弾性接着部４とした。これによって全体としては支点の数が増えて接着面積が増大して接着力が向上し、衝撃時の応力が分散して耐衝撃性が向上した。
また、各接着部３，４はスリット５によって分離されているので、ホルダ２の熱膨張に対して各接着部３，４が追随しうる自由度が向上する。
従って、本例によれば、耐熱性と耐衝撃性が両者共に高いレベルで両立し、光学部品を精密に位置決めすることができる。
【００２７】
図２は第２の例を示す。本例では、ホルダ２に設けた接着部分離領域が溝６であり、その他の点は第１の例と同じである。なお、非弾性接着部３と弾性接着部４を分ける接着部分離領域は、切り欠き５や溝６の他、ホルダ２の表面に段差を介して設けた凸面部であってもよい。この場合、相対的に低いホルダ２の表面と、相対的に高い凸面部の表面に、非弾性接着部３又は弾性接着部４が設けられる。さらに、ホルダ２の同一平面内に設けた非弾性接着部３と弾性接着部４の間を仕切るように、接着部分離領域としてホルダ２の表面に凸状を設けてもよい。
【００２８】
図３は第３の例を示す。本例では、ホルダ２にスリット５や溝６等の接着部分離領域を設けず、板状のホルダ２の平坦な面にレンズ１を接着したものである。その他の点は第１の例と同じであるが、非弾性接着部３と２つの弾性接着部４の間隔は十分であり、非弾性接着剤Ｒと弾性接着剤Ｅが混ざるおそれはない。
【００２９】
図４は第４の例を示す。例１〜例３においてホルダ２に接着されるレンズ１は、長手方向に直交する面での断面が一定の矩形状である一様な細長い棒状であったが、この第４の例では、レンズ１１は結像レンズアレイである。結像レンズアレイは、前述したように本発明者が提案した変位測定装置でも用いられたレンズであって、本例では２個の結像レンズ部を走査方向となる一方向についてアレイ状に連続させた形状のレンズである。
【００３０】
本例では、結像レンズアレイの２つの結像レンズ部の各一縁部に接着面となる平坦面をそれぞれ形成し、この２つの接着面にてホルダ２の面と接着した。１つが非弾性接着部３、他方が弾性接着部４である。
【００３１】
従って、本例の力学的状態を示す図４（ｂ）に示すように、一つの接着部分はねじりが許容されない非弾性接着部３となり、他の一つの接着部分はねじりが許容される弾性接着部４となる。
【００３２】
なお、本例においては、結像レンズアレイの２つの結像レンズ部ごとに１つの非弾性接着部３又は１つの弾性接着部４を設けたが、図４（ｃ）に示すような構成とすることもできる。この構成では、各結像レンズ部ごとに非弾性接着部３及び弾性接着部４を一箇所ずつ設け、いずれの結像レンズ部においても非弾性接着部３を内側、弾性接着部４を外側にする。この構成によればさらに好ましい効果が得られる
【００３３】
以上第２〜第４の例によるレンズ１，１１の接着による取り付け構造によっても、第１の例と略同様の作用・効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、互いに熱膨張率が異なる光学部品と保持部材を接着剤で一体化した構造を有する光学装置において、一の非弾性接着部と、一以上の弾性接着部を有しており、さらに好ましくは非弾性接着部を挟む二つの位置に弾性接着部を設けたので、耐熱性と耐衝撃性が両立し、光学部品を精密に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分図（ａ）は本発明の実施の形態の第１の例を示す斜視図であり、分図（ｂ）は同例における力学的状態を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の第３の例を示す斜視図である。
【図４】分図（ａ）は本発明の実施の形態の第４の例を示す斜視図であり、分図（ｂ）は同例における力学的状態を示す模式図であり、分図（ｃ）は同例の他の態様における力学的状態を示す模式図である。
【図５】本願出願人が提案している光学装置としての変位測定装置の光学部品を中心とした構成を示す説明図である。
【図６】分図（ａ）は従来の光学部品の接着方法ないし構造を示す斜視図であり、分図（ｂ）は同例における力学的状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１…光学部品としてのレンズ、２…保持部材としてのホルダ、３…非弾性接着部、４…弾性接着部、５…接着部分離領域としてのスリット、６…接着部分離領域としての溝、Ｒ…非弾性接着剤、Ｅ…非弾性接着剤。

Claims (2)

1. 通信や計測に用いられる精密な光学部品（１，１１）と、該光学部品を互いの接着面で接着剤により保持する保持部材（２）とを有し、前記光学部品と前記保持部材は、互いに熱膨張率が異なるような光学装置において、
   前記光学部品は長手形状であり、
   前記接着剤は、前記光学部品と前記保持部材を固定で保持するための非弾性接着剤（Ｒ）及び前記光学部品と前記保持部材を弾性力を持って保持するとともに外部要因による両者の位置ずれを吸収するための弾性接着剤（Ｅ）であり、
   前記それぞれの接着面に、前記非弾性接着剤を使用する一つの非弾性接着部（３）と前記弾性接着剤を使用する一つ以上の弾性接着部（４）を有し、
   前記各接着部の間の前記保持部材にスリット（５）を形成し、前記保持部材の熱膨張に対して前記各接着部が追随しうる自由度が向上するように前記各接着部を分離したことを特徴とする光学装置。
2. 前記非弾性接着部（３）を前記光学部品（１）の重心位置に対応する長手方向の中央に設け、これを挟む二つの両端の位置に一つ以上の弾性接着部（４）を設けたことを特徴とする請求項１記載の光学装置。

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