JP4574233B2 - レンズ固定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光学機器に搭載されるレンズ固定方法に関するものである。
カメラ、ビデオ等の光学機器において、従来からレンズの固定に関する提案が種々なされているが、近年、カメラやビデオが小型化されてきたことにより、レンズを固定するためのスペースが少なくなり、接着剤を用いたレンズ固定方法が一般的に用いられている。また、熱かしめと呼ばれるレンズ枠の一部を熱変形させることでレンズを固定する方法も用いられている。
しかし、従来、多用されている接着剤を用いてレンズをレンズ枠等に固定する方法の場合、接着剤のレンズ有効径内へのはみ出し、レンズ枠外へのはみ出し等の問題があり、工程管理が大変であった。また、接着剤の硬化時の収縮によりレンズの歪の原因となる。さらに、接着剤塗布量の場所による不均一性による変形により、所望の光学性能が得られないこともある。また、レンズ等の光学部品の接着に用いられる接着剤として、紫外線硬化型樹脂を挙げることができるが、該接着剤は硬化に必要な紫外線照射時間が数秒〜数十秒掛かり、完全な硬化までには更に時間が掛かっていた。そのために、偏芯調整などのレンズ位置調整を行っても、接着剤の完全な硬化までの間に収縮の不均一によりレンズ位置が徐々に変化してしまい、所望の位置とずれてしまう虞があった。また、プラスチックレンズの場合、強度の紫外線照射により黄変する特徴があるため、これによりレンズのカラーバランスが変化してしまうという問題もあった。
また、熱かしめによるレンズ固定方法では、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虞もある。レンズやレンズ枠が小型になり、他の部品の取り付け部等が接近しているとその影響が更に増すことになる。レンズにも過度に熱が伝わると変形を生じるという問題もある。
上記紫外線硬化型の接着や熱かしめによるレンズ固定に対する問題点を解決する手段として、レンズをレンズ枠等の部品にレーザ溶着して固定する技術が提案されている（特許文献１）。この特許文献１には、プラスチック製のレンズをプラスチック製のレンズ枠やファインダ枠等にレーザ光を照射して固定する方法が開示されている。
特開２００４−２０８６７号公報
しかしながら、上記特許文献１におけるレンズ固定方法では、溶着するレンズはプラスチック製である必要があった。また、レンズ自体を溶融するために、熱変形が起きる可能性があった。さらに、レンズの位置決め部全体をライン走査させてレーザ照射していたために、溶着後の位置変化が起きる可能性もあった。
（発明の目的）
本発明の目的は、レンズに直接、レーザ光を照射しないためにレンズの熱変形の虞がなく、レンズの材料にも制約を受けることのないレンズ固定方法を提供しようとするものである。
本発明のレンズ固定方法は、レンズと、レーザ光吸収材料で形成されるものであって、前記レンズの外周部と向かい合う壁部が形成される保持部材と、レーザ光透過材料で形成されるものであって、前記保持部材の壁部の端面に直接接触する第１の部分と、前記第１の部分とは周方向に異なる位置に形成され、前記レンズの外周部と直接接触する第２の部分と、前記第１の部分とは周方向に異なる位置であって、前記周方向と直交する方向に前記第２の部分と並ぶ位置に形成され、前記保持部材に対して位置決めされる第３の部分とが形成される固定部材とを有し、前記レンズを前記保持部材の前記壁部内に挿入するステップと、前記第３の部分を用いて、前記固定部材を前記保持部材に対して位置決めすることで、前記第１の部分が前記保持部材の壁部の端面と直接接触し、前記第２の部分が前記レンズと直接接触するように、前記固定部材を前記レンズが挿入された前記保持部材に取り付けるステップと、前記固定部材の前記第１の部分にのみレーザ光を照射して、前記固定部材と前記保持部材との接合面だけを溶着させるステップとを有することを特徴とする。
本発明によれば、レンズに直接、レーザ光を照射しないためにレンズの熱変形の虞がなく、レンズの材料にも制約を受けることのないレンズ固定方法を提供できるものである。
以下の実施例１ないし実施例３に示す通りである。
図１は本発明の実施例１に係るレンズユニットの組立前の状態を示す断面斜視図であり、図２は組立完了後の状態を示す斜視図である。以下に、これらの図を用いて組立手順について説明する。
先ず、ガラスもしくはプラスチックより成る第一レンズ１２とレーザ光透過プラスチックより成るレンズ枠１１の各光軸Ｚを図示しない方法により揃え、第一レンズ１２の外周部１２ａをレンズ枠１１の内周部のレンズ押し当て部１１ａに押し当てるように、図１の下方よりレンズ枠１１に嵌め込む。次に、レーザ光透過プラスチックより成る第一レンズ押さえ枠１３を第一レンズ１２の下方向から嵌め込む。詳しくは、レンズ枠１１は、前記レンズ押し当て部１１ａとは別に、第一レンズ押さえ枠１３の外周部を位置決めするための枠押し当て部１１ｂを有し、第一レンズ１２は、第一レンズ押さえ枠１３の内周部を位置決めするための枠押し当て部１２ｂを有しているので、これら枠押し当て部１１ｂと１２ｂに第一レンズ押さえ枠１３が嵌合する。これにより、レンズ枠１１と第一レンズ１２と第一レンズ押さえ枠１３の光軸Ｚは略一致する。
次に、図１の下方向より、第一レンズ押さえ枠１３の複数箇所（枠押し当て部１１ｂに対向する第一レンズ押さえ枠１３の外周部のみがレーザ照射部となる）に、レーザ光１４を同時に照射する。第一レンズ押さえ枠１３は上記のようにレーザ光透過プラスチックで成形されているので、前記レーザ光１４は第一レンズ押さえ枠１３を透過し、同じくレーザ光吸収プラスチックで形成されたレンズ枠１１の枠押し当て部１１ｂの部分で吸収され、熱に変化されて、レンズ枠１１の一部を溶融させる。この熱により、第一レンズ押さえ枠１３の一部も溶融する。この時、第一レンズ１２にレーザ光１４が入射することはなく、更に溶着部とも離れている為に、熱の影響を受けることがない。その後、レーザ照射を停止させると、溶融したプラスチックは急激に冷却され、第一レンズ枠１３とレンズ枠１１が、図２に示すように、溶着される。
尚、第一レンズ押さえ枠１３の内径部（枠押し当て部１２ｂに接する部分）は所定以外の口径部からの光線を除去するための光学絞り機能を有している。図１では、円形の開口部を有しているが、円形に限定するものではなく、四角形状でもよい。
次に、ガラスもしくはプラスチックより成る第二レンズ１５の光軸Ｚをレンズ枠１１の光軸Ｚに図示しない方法により揃え、レンズ枠１１に形成された壁１１ｃ及びレンズ押し当て部１１ｄに第二レンズ１５を嵌め込む。そして、レーザ光透過プラスチックより成る第二レンズ押さえ枠１６を第二レンズ１５の上方向から嵌め込む。詳しくは、レンズ枠１１には、第二レンズ押さえ枠１６の溝部１６ａと嵌合して該第二レンズ押さえ枠１６を位置決めするための押さえ枠ガイド１１ｅが形成されているので、押さえ枠ガイド１１ｅに溝部１６ａを嵌合することによりレンズ枠１１に対して第二レンズ押さえ枠１６が位置決めされ、レンズ枠１１のレーザ溶着部１１ｆと第二レンズ押さえ枠１６のレーザ照射部１６ｂが密着された状態に組み上がる。また、このとき、第一レンズ押さえ枠１６の内周部に形成された、複数のレンズ押さえ部１６ｃが、第二レンズ１５をレンズ枠１１に押し当てた状態となる。
次に、図１の上方向より、第二レンズ押さえ枠１６の外周部の複数箇所（各レーザ照射部１６ｂ）に、レーザ光１７を同時に照射する。第二レンズ押さえ枠１６は上記のようにレーザ光透過プラスチックで成形されているので、前記レーザ光１７は第二レンズ押さえ枠１６を透過し、同じくレーザ光吸収プラスチックで形成されたレンズ枠１１で吸収され、熱に変化されて、レンズ枠１１のレーザ溶着部１１ｆを溶融させる。この熱により、第二レンズ押さえ枠１６の一部も溶融する。この時、第二レンズ１５にレーザ光１７が入射することはなく、更に溶着部とも離れている為に、熱の影響を受けることがない。その後、レーザ照射を停止させると、溶融したプラスチックは急激に冷却され、第二レンズ枠１６とレンズ枠１１が、図２に示すように、溶着される。
尚、上記の実施例１では、第一レンズ１２をレーザ溶着により固定した後、第二レンズ１５をレーザ溶着する方法を説明したが、順番はこれに限定されるものではなく、更に、第一レンズ１２と第二レンズ１５を略同時に固定できるように、両側からレーザ光を略同時に照射してもよい。もちろん、レーザ溶着されるのが一方のレンズのみでも良いし、一つのレンズのみの構成でももちろん良い。
上記実施例１によれば、接着剤を用いずに、レーザ光による溶着を利用して、第一レンズ１２をレンズ枠１１と第一レンズ押さえ枠１３との間に固定し、第二レンズ１５をレンズ枠１１と第二レンズ押さえ枠１６との間に固定するようにしているので、高速・高精度に、かつ、固定強度を一定に固定するが可能になる。
また、第一レンズ１２と第２レンズ１５に直接、レーザ光を照射しないために該レンズの熱変形の虞がないし、レンズ材料も、従来のようにレーザ光吸収プラスチックに制約されることもなく、ガラスにより製作することもできる。さらに、レーザ光１４，１７を複数箇所略同時に照射してレンズ固定を行うようにしているので、従来のように溶着後に位置変化を生じてしまうことがなく、レンズの位置精度を保つことができる。更に、第一レンズ押さえ枠１３の内径部を所定以外の口径部からの光線を除去するための光学絞りとして機能させることができる。
図３は本発明の実施例２に係るレンズユニットの組立前の状態を示す断面斜視図であり、図４は組立完了後の状態を示す斜視図である。以下に、これらの図を用いて組立手順について説明する。
先ず、第一レンズ２２を、図示しない方法により、図３の下方向からレンズ枠２１に嵌め込む。これにより、該第一レンズ２２はレンズ枠２１の第一レンズ固定部２１ｄにより図示しない方法により固定される。
次に、ガラスもしくはプラスチックより成る第二レンズ２５をレンズ枠２１の上方向から壁部２１ａ及びレンズ押し当て部２１ｂに嵌め込む。この際、第二レンズ２５の直径は、レンズ枠２１の壁部２１ａとレンズ押し当て部２１ｂにより形成されるレンズ収容部の直径よりも僅かに小さい寸法になっているので、該第二レンズ２５はレンズ枠２１とは光軸Ｚと直交する方向には僅かな隙間を有して嵌め込まれた状態になっている。次に、レーザ光透過プラスチックより成る第二レンズ押さえ枠２６を、第二レンズ２５の上方向から載せる。そして、上方に載せた第二レンズ押さえ枠２６を図示しない方法で光軸Ｚと直交する方向に移動させることで、第二レンズ２５の光軸Ｚと第一レンズ２２の光軸Ｚとを揃える。尚、第二レンズ押さえ枠２６には弾性変形可能なレンズ押さえ部２６ａが形成されている。上記のように第一レンズ２２の光軸Ｚと第二レンズ２５の光軸Ｚを揃えた後、レンズ枠２１のレーザ溶着部２１ｃと第二レンズ押さえ枠２６のレーザ照射部２６ｂを、図示しない密着装置で密着させた状態に固定する。
次に、図３の上方向より、第二レンズ押さえ枠２６の外周部の複数のレーザ照射部２６ｂに、レーザ光２７を同時に照射する。第二レンズ押さえ枠２６は上記のようにレーザ光透過プラスチックで成形されているので、前記レーザ光２７は第二レンズ押さえ枠２６を透過し、レーザ光吸収プラスチックで形成されたレンズ枠２１で吸収され、熱に変化されて、レンズ枠２１のレーザ溶着部２１ｃを溶融させる。この熱により、第二レンズ押さえ枠２６の一部も溶融する。この時、第二レンズ２５にレーザ光２７が入射することはなく、更に溶着部とも離れている為に、熱の影響を受けることがない。その後、レーザ照射を停止させると、溶融したプラスチックは急激に冷却され、第二レンズ枠２６とレンズ枠２１が、図４に示すように、溶着される。
そして、図示しない前記密着装置による、レンズ枠２１と第二レンズ押さえ枠２６の密着を解くことになるが、このように密着を解いても、第二レンズ押さえ枠２６のレンズ押さえ部２６ａが弾性力を有しており、レンズ枠２１のレンズ押し当て部２１ｂに常に第二レンズ２５を押し当てるように作用しているので、第二レンズ２５はレンズ枠２１とガタが生じることなく、高精度に位置決めされている。また、強い衝撃が加わった場合には、レンズ押さえ部２６ａが弾性変形することでその衝撃を吸収し、第二レンズ２５が割れることを防止する効果も有している。
上記実施例２によれば、上記実施例１の効果に加え、レーザ照射前に位置決め調整のために第二レンズ２５の位置をずらすことができ、このように第二レンズ２５の位置を多少ずらしても、溶着部の条件が変わることが無く、またレーザ装置の位置や設定を変更することも必要なく、固定強度を均一に保った状態で第二レンズ枠２６とレンズ枠２１の間に第二レンズ２５を固定することができる。また、第二押さえ枠２６の複数箇所に弱い弾性変形部（レンズ押さえ部２６ａ）を有する構造にしているので、第二レンズ２５を固定したときのガタを減少させることができるとともに、衝撃がかかった際にはその弾性変形部が変形して該衝撃を吸収して第二レンズ２５が割れるのを防ぐことができる。
図５は本発明の実施例３に係るレンズユニットの組立前の状態を示す断面斜視図であり、図６は組立完了後の状態を示す斜視図である。以下に、これらの図を用いて組立手順について説明する。
先ず、第一レンズ３２を、図示しない方法により、図５の下方向からレンズ枠３１に嵌め込む。これにより、該第一レンズ３２はレンズ枠３１の第一レンズ固定部３１ｅにより図示しない方法により固定される。
次に、ガラスもしくはプラスチックより成る第二レンズ３５をレンズ枠３１の上方向から壁部３１ａ及びレンズ押し当て部３１ｂに嵌め込む。次いで、レーザ光透過プラスチックより成る第二レンズ押さえ枠３６を、第二レンズ３５の上方向から載せる。この際、第二レンズ３５は、第二レンズ押さえ枠３６の内径部に略同軸に嵌合されている。更に、第二レンズ押さえ枠３６はその外周部と内周部とが僅かに偏芯した形状、つまり外周部３６ａと３６ｂの円周方向の厚みが僅かに違う状態となっていて、レンズ枠３１の壁部３１ｃに嵌合される。通常、レンズ枠３１に既に固定されている第一レンズ３２を、厳密に光軸Ｚに合わせることは難しく、僅かにずれて固定されている事が考えられる。そこで、第二レンズ押さえ枠３６を回転させることにより、第一レンズ３２の光軸Ｚと、第二レンズ３５の光軸Ｚを所望の位置に調整できるようにしたものである。尚、第二レンズ押さえ枠３６には弾性変形可能なレンズ押さえ部３６ｃを有している。
上記のように第一レンズ３２の光軸Ｚと第二レンズ３５の光軸Ｚを前記の通りに揃えた後、レンズ枠３１のレーザ溶着部３１ｄと第二レンズ押さえ枠３６のレーザ照射部３６ｄを、図示しない密着装置で密着させた状態に固定する。
次に、図５の上方向より、第二レンズ押さえ枠３６の外周部の複数のレーザ照射部３６ｄに、レーザ光３７を同時に照射する。第二レンズ押さえ枠３６は上記のようにレーザ光透過プラスチックで成形されているので、前記レーザ光３７は第二レンズ押さえ枠３６を透過し、レーザ光吸収プラスチックで形成されたレンズ枠３１で吸収され、熱に変化されて、レンズ枠３１のレーザ溶着部３１ｄを溶融させる。この熱により、第二レンズ押さえ枠３６の一部も溶融する。この時、第二レンズ３５にレーザ光３７が入射することはなく、更に溶着部とも離れている為に、熱の影響を受けることがない。その後、レーザ照射を停止させると、溶融したプラスチックは急激に冷却され、第二レンズ枠３６とレンズ枠３１が、図６に示すように、溶着される。
そして、図示しない前記密着装置による、レンズ枠３１と第二レンズ押さえ枠３６の密着を解くことになるが、このように密着を解いても、レンズ押さえ枠３６のレンズ押さえ部３６ｃが弾性力を有しており、レンズ枠３１のレンズ押し当て部３１ｂに常に第二レンズ３５を押し当てる力が作用するので、第二レンズ３５はレンズ枠３１とガタが生じることなく、高精度に位置決めされる。また、強い衝撃が加わった場合には、レンズ押さえ部３６ｃが弾性変形することで衝撃を吸収し、第二レンズ３５が割れることを防止する効果も有している。
上記実施例３によれば、上記実施例１の効果に加え、第二レンズ押さえ枠３６をその外周部と内周部とが僅かに偏芯した形状にしているので、第二レンズ押さえ枠３６を回転させることにより、第一レンズ３２の光軸Ｚと第二レンズ３５の光軸Ｚを所望の位置に調整することができる。
（変形例）
上記の各実施例においては、レーザ光により複数箇所を同時に照射するようにしているが、厳密にはレーザ光の照射は同時ではなく、レンズの位置精度に影響が無い程度の時間差、例えば数十ｍｓ〜数百ｍｓの時間差で照射されるようにしてもよい。また、固定される被固定物は、レンズに限定されるものではなく、透明なガラス板やプラスチック板、光学フィルター等の光学部材でもよい。
また、実施例２及び３における第一レンズ２２，３２は、本発明に必須の条件ではなく、第二レンズ２５，３５の光軸Ｚを合わせるときに、図示しない別の基準光学系を有する装置などを用いて調整するようにしてももちろん良い。
本発明の実施例１に係わるレンズユニットの組立前の状態を示す断面斜視図である。 本発明の実施例１に係わるレンズユニットの組立完了後の断面斜視図である。 本発明の実施例２に係わるレンズユニットの組立前の状態を示す断面斜視図である。 本発明の実施例２に係わるレンズユニットの組立完了後の断面斜視図である。 本発明の実施例３に係わるレンズユニットの組立前の状態を示す断面斜視図である。 本発明の実施例３に係わるレンズユニットの組立完了後の断面斜視図である。
符号の説明
１１，２１，３１ レンズ枠（保持枠）
１１ｆ，２１ｃ，３１ｄ レーザ溶着部
１２，２２，３２ 第一レンズ（光学部材）
１３ 第一レンズ押さえ枠（押さえ枠）
１４，１７，２７，３７ レーザ光
１５，２５，３５ 第二レンズ（光学部材）
１６，２６，３６ 第二レンズ押さえ枠（押さえ枠）
１６ｂ，２６ｂ，３６ｄ レーザ光照射部
Ｚ 光軸

Claims (1)

  1. レンズと、
    レーザ光吸収材料で形成されるものであって、前記レンズの外周部と向かい合う壁部が形成される保持部材と、
    レーザ光透過材料で形成されるものであって、前記保持部材の壁部の端面に直接接触する第１の部分と、前記第１の部分とは周方向に異なる位置に形成され、前記レンズの外周部と直接接触する第２の部分と、前記第１の部分とは周方向に異なる位置であって、前記周方向と直交する方向に前記第２の部分と並ぶ位置に形成され、前記保持部材に対して位置決めされる第３の部分とが形成される固定部材とを有し、
    前記レンズを前記保持部材の前記壁部内に挿入するステップと、
    前記第３の部分を用いて、前記固定部材を前記保持部材に対して位置決めすることで、前記第１の部分が前記保持部材の壁部の端面と直接接触し、前記第２の部分が前記レンズと直接接触するように、前記固定部材を前記レンズが挿入された前記保持部材に取り付けるステップと、
    前記固定部材の前記第１の部分にのみレーザ光を照射して、前記固定部材と前記保持部材との接合面だけを溶着させるステップとを有することを特徴とするレンズ固定方法。
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