JP4574216B2

JP4574216B2 - 光学ユニット

Info

Publication number: JP4574216B2
Application number: JP2004132602A
Authority: JP
Inventors: 晴滋山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: JP2005316045A

Description

本発明は、光学部材固定方法、特にレーザー光線を利用して撮影レンズなどの光学部材と保持部材をレーザー溶着する技術に関する物である。

従来この種の光学部材固定に関する技術は、レンズをレンズ保持部材に組み込んだ後、樹脂で構成されたレンズ保持部材外周先端部分を公知の熱カシメ等により固定する方法が知られている。これとは別にレンズ外周部とレンズ保持部材を紫外線硬化型接着剤等により固定する方法が知られている。またレーザー溶着による樹脂同士の固定方法には、透明な熱可塑性樹脂で構成されたアウターレンズと、レーザー光に対して吸収性のある熱可塑性樹脂で構成されたハウジングとの当接部に、透明な熱可塑性樹脂で構成されたインナーシートを挟持した状態で、アウターレンズ側からレーザー光を全周に照射する事で溶着固定を行うような物があった（特許文献１参照）。
特開２００３−１２３５０６号公報

上述従来例では、レンズ保持部材外周先端部をカシメ用治具により熱で溶かし、レンズ外周先端部を覆うように構成する。このためカシメに要する時間が長くなり、組み立て工数が増大しコストアップを招く問題が生ずる。またカシメ治具によりレンズ保持部材外周部を熱により溶かし、レンズ外周先端部を固定する必要上、必然的にレンズ保持部材及びレンズに対して押圧する力がかかるため、組み立て後のレンズ位置精度が保証し難いという問題があった。

また、レンズ保持部材外周先端部とレンズ外周部を紫外線硬化型接着剤により固定する方法においては、紫外線硬化型接着剤を塗布した後、紫外線を照射するまでの間に液状の接着剤がレンズ保持部材の外周面に流れ出し、これが紫外線照射により固化すると、組み立て後に周囲の部品との干渉を生じ作動不良の原因、特に光学性能の悪化を招くと言う問題があった。また液状接着剤が、レンズ保持部材とレンズ外周部との隙間からレンズ内部に流れ込み、レンズ光学性能を保証出来なくなる等の問題があった。

上述従来の方法によれば、アウターレンズとハウジングは、レーザー溶着により確実に溶着する事は出来るが、溶着部分の熱変形がアウターレンズの形状に影響を及ぼし、アウターレンズに変形や歪みを引き起こすと言う問題が生じる可能性がある。またインナーシートをアウターレンズ及びハウジングとの間で挟持する構成のため、インナーシートの厚さのバラツキにより、アウターレンズのハウジングに対する位置精度保証が難しくなり、このためカメラなどの撮像装置への適用は出来なという問題が発生する。

上記課題を考慮して、本願記載の光学ユニットは、レーザー光を吸収するとともに熱可塑性を有する材料で形成される中間部材とを有し、前記保持部材には、前記光学部材を組み込むときに前記光学部材が当接する凸部が形成され、前記中間部材の厚みは、前記凸部の突出高さよりも小さくなるように設定されるとともに、前記凸部以外の部分で前記光学部材と前記保持部材との間に配置され、前記光学部材を前記保持部材に組み込み、前記レーザー光が照射される前の状態では、前記光学部材が前記凸部に当接するとともに、前記光学部材と前記中間部材との間には隙間が形成され、前記レーザー光が照射されることで、前記中間部材の少なくとも一部が溶解し、熱膨張することで、前記隙間を埋めることを特徴とする。

本願発明に拠れば、レーザーにより溶着されるため光学部材と保持部材との当接面に熱の影響が及ばず、光学部材を精度良く固定する事が可能となった。

（実施例１）
図１は、本発明の第一の実施例を示す要部断面斜視図である。１は被写体からの撮影光を、図外の撮像素子に結像させる光学部材の一つであるレンズ、２は該レンズを保持する為のレンズ保持部材、３は組み込み時に前記レンズと、レンズ保持部材との間に介在する中間部材であるところのリング状部材である。このリング状部材は可視光線を遮光するような材料で構成されており、撮影光線以外の周辺部や図外の機構部品などからの反射有害光線を遮断する機能を有する光学絞り機能を兼ねている。更に該リング状部材は熱可塑性を有すると共に近赤外光を吸収する機能も備えるように構成されている。

前記レンズ保持部材２には組み込み時、レンズの座面１ａが当接する突き当て用凸部２ａが円周方向略等分に３箇所（１箇所不図示）形成され、第一のレンズの光軸方向位置を規定する。リング状部材３には、前述凸部２ａに対応する部分に、これと干渉しないよう３箇所の逃げ部３ａ（一箇所不図示）が設けられている。また上記凸部２ａの凸量とリング状部材の厚さは、リング状部材の厚さの方が、僅かに上記凸量よりも少なくなるように設定されている。この設定により、レンズ１を組み込んだ際、レンズ１の座面１ａが前記当接面２ａと当接した状態で、前記リング状部材３はレンズ１とレンズ保持部材２との間に僅かな隙間を持つ状態で組み込まれることとなる。

図２は前記レンズ１、リング状部材３をレンズ保持部材２に組み込んだときの様子を示す要部断面図である。４はレーザー照射装置であり、近赤外光を後述のように照射し、前記リング状部材３を溶解する事でレンズ１をレンズ保持部材２に固定する為のものである。

本発明のレンズ固定方法によるレーザー溶着は以下のような順序に従ってレンズ１とレンズ保持部材２の固定が行われる。
上述のようにレンズ１がリング状部材３を介してレンズ保持部材２に組み込まれた状態において、先ずレーザー照射装置４からスポット状のレーザー光５がレンズ１を透過し、リング状部材に形成された３箇所の逃げ部３ａを避けた位置、更に明確には上記３箇所の逃げ部３ａと略半位相ずれた円周上の位置（図１中３ｂ、一箇所は不図示）に対してほぼ同時に照射される。リング状部材３は上述のように、近赤外光を吸収するような材料で構成されているので、スポット状のレーザー光を吸収すると発熱し溶解する。この際溶解したリング状部材３は熱膨張し、前述レンズ１とレンズ保持部材２との間の隙間が埋まり、レンズ１の座面１ａと密着固定されると共に、レンズ保持部材２を溶解しお互いが溶着される事となる。この段階でレーザー照射の工程が完了する。

レーザー照射を終え冷却が始まると、上述リング状部材３及びレンズ保持部材の溶着部は冷却による収縮を起こすが、溶着によりリング状部材３とレンズ保持部材２そしてレンズ１の溶着部は一体化しているため、上述隙間分に相当する体積は収縮出来ない状態になっている。その結果、収縮によりレンズ１はその座面１ａがレンズ保持部材２の突き当て用凸部２ａに対して圧接されるような方向の力（図２中Ａ方向）が発生するようになり、レーザー溶着後も、レンズ１の座面１ａとレンズ保持部材２の突き当て用凸部が圧接される力が残り、レンズ１を精度良くレンズ保持部材に固定保持できるようになる。

上述実施例に関して、レンズ１とレンズ保持部材２はリング状部材３を介してレーザー溶着され、該リング状部材３及びレンズ保持部材２の溶着部の冷却による収縮作用によりレンズ１の座面１ａがレンズ保持部材２の突き当て用凸部２ａに対して圧接されるような力が残るように構成しているが、レンズ１をレンズの半径方向に動かすような力は発生しない。このためレンズ１はいわゆる偏芯調整など、光学性能保証の為の調整を行う事が可能である事は言うまでも無い。

また上述実施例において、レーザー照射を３箇所で行うように構成したが、照射個所はこれに限定される物ではなく、上述リング状部材に形成された少なくとも３箇所の逃げ部３ａを避けた位置であれば照射個所や数はどのように設定しても良い。

また上述レンズに関しては、硝材から構成されたレンズであっても、また樹脂材料で構成されたレンズであっても本発明の意図に反する物ではない事は言うまでも無い。但しこの時、レーザー照射が行われると、溶解した中間部材により樹脂レンズも一部溶解する事で、中間部材を介して、レンズとレンズ保持部材のレーザー溶着が行われる。

前記レンズの座面１ａの表面状態に関する説明は行わなかったが、該表面は表面粗さの粗い、粗面として構成しても良い。該構成にする事で、レンズ１が硝材ガラスで構成されている時など、前述中間部材が該粗面の凸凹面に充填される事で、密着固定性を高めるように成すことが出来る。

（実施例２）
図３は、本発明の第二の実施例を示す要部断面斜視図である。
６は被写体からの撮影光を、図外の撮像素子に結像させる光学部材の一つであるレンズ、７は該レンズを保持する為のレンズ保持部材、８は組み込み時に前記レンズの外周底部に形成された斜面６ｂと、レンズ保持部材７のレンズ当接面７ａとの間に生ずる隙間に組み込まれる断面が略円形をなした中間部材であるところのリング状部材である。本実施例において、リング状部材９は熱可塑性を有すると共に近赤外光を吸収する機能を備えるように構成されている。

図４は前記レンズ６、リング状部材８、をレンズ保持部材７に組み込んだときの様子を示す要部断面図である。該断面図において、前述リング状部材８が前記レンズ６の外周底部に形成された斜面６ｂと、レンズ保持部材７のレンズ当接面７ａとの間に生ずる隙間に組み込まれる様子が示されている。この時該リング状部材８は前記斜面６ｂ及び、前記当接面７ａに対して僅かに隙間を有する状態となっている。９はレーザー照射装置であり、近赤外光を後述のように照射し、前記リング状部材８を溶解する事でレンズをレンズ保持部材に固定する為のものである。

本発明のレンズ固定方法によるレーザー溶着は第一の実施例とほぼ同様に以下のような順序に従ってレンズとレンズ保持部材の固定が行われる。

図４に示されるようにレンズ６及び、リング状部材８がレンズ保持部材７に組み込まれた状態で、先ずレーザー照射装置９からスポット状のレーザー光１０がレンズ６を透過し、リング状部材８の複数の位置、更に詳しくは円周方向略等間隔に少なくとも３箇所の位置（例えば図３中８ａ、一箇所は不図示の三箇所）に向かってほぼ同時に照射される。

レーザー照射されたリング状部材８は上述のように、近赤外光を吸収するような材料で構成されているので、スポット状のレーザー光を吸収し発熱し、溶解する。この際、溶解したリング状部材８は熱膨張し、前述レンズ６の外周底部に形成された斜面６ｂと、レンズ保持部材７のレンズ当接面７ａと隙間が埋まり、前記レンズ外周底部の斜面６ｂと密着固定されると共に、レンズ保持部材７を溶解し溶着される。この段階でレーザー照射の工程が完了する。

レーザー照射を終え冷却が始まると、上述リング状部材８及びレンズ保持部材の溶着部は冷却による収縮を起こすが、溶着によりリング状部材８とレンズ保持部材７そしてレンズ６の溶着部は一体化しているため、上述隙間分に相当する体積は収縮出来ない状態となっている。その結果、収縮によりレンズ６はその座面６ａがレンズ保持部材７の当接面７ａに対して圧接されるような方向の力（図４中Ｂ方向）が発生するようになり、レーザー溶着後もレンズ６の座面６ａとレンズ保持部材７の当接面７ａとの間には圧接される力が残り、レンズ６を精度良くレンズ保持部材７に固定保持できるようになる。

上述実施例において、レンズ６とレンズ保持部材７はリング状部材８を介してレーザー溶着され、該リング状部材８及びレンズ保持部材７の溶着部の冷却による収縮作用によりレンズ６の座面７ａがレンズ保持部材７の当接面７ａに対して圧接されるような力が残るように構成しているが、レンズ６をレンズの半径方向に動かすような力は発生しない。このためレンズ６は上述実施例１と同じように、いわゆる偏芯調整など、光学性能保証の為の調整を行う事が可能である事は言うまでも無い。

更に実施例で述べたレンズ６に関しても、硝材から構成されたレンズであっても、また樹脂材料で構成されたレンズであっても本発明の意図に反する物ではない事は言うまでも無い。但しこの時、レーザー照射が行われると、溶解した中間部材により樹脂レンズも一部溶解する事で、中間部材を介して、レンズとレンズ保持部材のレーザー溶着が行われる。

レンズ外周底部に形成された斜面部６ｂの表面状態に関する説明は行わなかったが、該表面は表面粗さの粗い粗面として構成しても良い。該構成にする事で、レンズ６が硝材ガラスで構成されている時など、前述中間部材が該粗面の凸凹面に充填される事で密着固定性を高めるように成すことが出来る。

更に、上述実施例において、レーザー照射を３箇所で行うように構成したが、照射個所はこれに限定限定される物ではない。

また、上述二つの実施例においては撮影光学系に関するレンズとレンズ保持部材を用いて説明を行ったが、本発明はこれに限定される物ではなく、例えば光学部材としてのフィルターを保持部材に固定するような物や、光量調節部材としてのＮＤフィルターなどを、保持部材に固定するような物にも適用できる。更に、前述二つの実施形態や上記光学部材の固定方法とは異なる実施形態であっても、請求項の内容に沿った物であればどのような実施形態であっても良いことは言うまでも無い。

上記実施例においては、たとえば、撮影レンズと、撮影レンズを保持する保持部材とをレーザー溶着により固定する固定方法において、撮影レンズとレンズ保持部材との間に熱可塑性を有する中間部材を介在した状態でレーザー溶着を行なう。このときレンズとレンズ保持部材との光軸方向位置を規定する面には、上述中間部材が介在しないように構成し、さらに中間部材は組込み時、僅かに隙間を持つように設定しておく。該構成によりレーザー照射が行われると、中間部材は熱膨張を起し、上記隙間が埋まり、レンズ保持部材、そしてレンズとの溶着が行われる。溶着後中間部材及びレンズ保持部材の溶着部は冷却による収縮を起こすが、溶着により中間部材とレンズ保持部材、そしてレンズは一体化している為、上述隙間分体積は収縮出来なくなる。この結果レンズには保持部材に対して圧接する応力が残り、高精度且つ、確実にレンズユニットを製造する事を実現させる。

これにより、レーザー溶着後の光学部材と保持部材との当接面にはレーザー照射による熱の影響が及ばない為、光学部材を精度良く固定する事が可能となった。

また、光学部材と保持部材との間に組み込まれる中間部材は、光学部材と保持部材との間に組み込まれた際に、隙間を有するように構成し、中間部材は近赤外光を吸収する熱可塑性材料で構成したので、光学部材を精度良く固定する事が可能となった。

本発明の第一の実施例を示す要部断面斜視図である。レンズ１、リング状部材３、レンズ保持部材２に組み込んだときの様子を示す断面図である。本発明の第二の実施例を示す要部断面斜視図である。レンズ６、リング状部材８、をレンズ保持部材７に組み込んだときの様子を示す断面図である。

符号の説明

１、６レンズ
２、７レンズ保持部材
３、８リング状部材
４、９レーザー照射装置
５、１０レーザー光

Claims

光学部材と、
前記光学部材を保持する保持部材と、
レーザー光を吸収するとともに熱可塑性を有する材料で形成される中間部材とを有し、
前記保持部材には、前記光学部材を組み込むときに前記光学部材が当接する凸部が形成され、
前記中間部材の厚みは、前記凸部の突出高さよりも小さくなるように設定されるとともに、前記凸部以外の部分で前記光学部材と前記保持部材との間に配置され、
前記光学部材を前記保持部材に組み込み、前記レーザー光が照射される前の状態では、前記光学部材が前記凸部に当接するとともに、前記光学部材と前記中間部材との間には隙間が形成され、
前記レーザー光が照射されることで、前記中間部材の少なくとも一部が溶解し、熱膨張することで、前記隙間を埋めることを特徴とする光学ユニット。
前記中間部材の前記凸部に対応する部分に、前記凸部と干渉しないように逃げ部を形成し、前記逃げ部を避けた位置に前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
前記中間部材は、可視光を遮断する光学絞り機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学ユニット。
前記光学部材は、前記中間部材と溶着される溶着面を他面よりも粗い粗面とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学ユニット。