JP4883262B2 - 投光モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、光電センサの心臓部とも言える投光モジュールの製造方法に係り、特に、微細な投光レンズと投光素子とを任意のバックフォーカル並びに光軸整合状態を確保しつつ、簡単かつ精度良く組み立てることを可能とした投光モジュールの製造方法に関する。

従来の光電センサの投光部の構成例を示す断面図が図２３に示されている。同図において、１１は光電センサ、１２は光学ブロック、１３はケース、１４は回路基板、１５は投光素子（発光ダイオード、レーザダイオード等）、１６は操作・表示ブロック、１６ａは表示灯、１６ｂは操作子、１７はコネクタブロック、１７ａはコネクタピン、１８は受光素子（フォトトランジスタ、フォトダイオード等）、１２１はメインホルダ、１２２ａは投光レンズ部、１２２ｂは受光レンズ部である。

図から明らかなように、この光電センサ１１は、投光素子１５と受光素子１８とを同一のケース１３内に収容してなる反射型光電センサとして構成されている。投光素子１５と投光レンズ部１２２ａとの距離Ｌ０はバックフォーカルと称され、光電センサの商品バリエーション（検出距離やスポット径等）を規定する重要な要素となる。この光電センサ１１の場合、バックフォーカルＬ０の値は、メインホルダ１２１に形成される投光素子収容凹部１５ａの形状により規定される。そのため、様々な商品バリエーションの要求に応えるためには、その都度、新たに金型を発注せねばならず、商品価格を上昇させる要因となる。加えて、この光電センサ１１の場合、投光素子１５と投光レンズ部１２２ａとの光軸アライメントは、その都度、組立工程にて行わねばならず、工数を増加させ、作業能率を低下させる原因となる。

そこで、専用の金型をその都度発注せずとも、様々なバックフォーカルの要求に柔軟に応えることができ、しかも、組立工程における光軸アライメントを不要とするために、投光モジュールが開発されている。この投光モジュールは、光電センサの特に投光部の心臓部とも言えるもので、投光素子と投光レンズとが軸整合され、かつ所定のバックフォーカルが確保されるように、両者を一体的に位置決め固定してなる性能完結部品である。

投光モジュールとして機能する光源装置の製造（光軸調整）方法の一例（以下、第１従来例と言う）が図２４（ａ）に示されている（特許文献１参照）。図において、ａはレンズ保持部、ｂはレンズ、ｃは突条部、ｄは突起部、ｅはケーシング部、ｆは凹溝、ｇは通孔、ｈは樹脂注入口、ｉは開口部、ｊは発光素子である。

レンズｂを保持するレンズ保持部ａの後端からは突起部ｄが突出している。発光素子ｊを後端面に固定されたケーシング部ｅには、突起部ｄを挿通させるための通孔ｇが開口されている。レンズ保持部ａはケーシング部ｅ内に遊動自在に挿通されているが、レンズｂと発光素子ｊの距離は一定距離に保たれている。従って、レンズｂと発光素子ｊの距離を一定に保ったままでレンズ保持部ａを動かし、レンズｂの光軸が発光素子ｊの発光点と一致するように調整する。調整後には、樹脂によりレンズ保持部ａとケーシング部ｅを固定する。

投光モジュール同様に、レンズと素子（この場合、撮像素子）とを所定の関係に位置決めしてなる撮像装置の製造（焦点調整）方法の一例（以下、第２従来例と言う）が図２４（ｂ）に示されている（特許文献２参照）。図において、ｋはレンズホルダ、ｌはレンズ、ｍはレンズ押さえ、ｎはレンズユニット、ｏは外周面、ｐは鏡筒、ｑは撮像素子、ｒは内周面、ｓは注入孔である。

この撮像装置は、入射光を収束するレンズｌと、その収束された光を電気信号に変換する受光部を有する撮像素子（半導体センサ）ｑと、レンズｌを撮像素子ｑに対して移動可能に装着した鏡筒ｐと、レンズｌと撮像素子ｑとの間における鏡筒ｐに固定され、レンズｌからの光を通過させる透光板とを有する。透光板とレンズｌとにより形成される空間にガスを注入する注入孔ｓを鏡筒ｐに設け、この注入孔ｓよりガスを注入することによりレンズを移動させ、レンズｌによる焦点位置が受光部になるように、レンズｌを鏡筒ｐに固定したものである。

なお、投光モジュールに使用される従来のレンズ部品としては、図２５（ａ）に示されるように、円形のレンズ片ｘが知られている。このレンズ片ｘは、スプール部ｕから分岐された４本のランナ部ｖ１〜ｖ４の各先端部に形成された４個のレンズ部ｗ１〜ｗ４のそれぞれを切断線ｙにより切り離したものであり、光電センサの小型化に従って微細化が進んでいる。各レンズ片ｘには図示しないチャッキング用の突部が形成されているが、レンズの微細化が進むにつれて、この突部も微細となり、チャッキングは非常に困難となる。
特開平９−２７３９０９号公報 特開２００３−２９１１５公報

しかしながら、第１従来例にあっては、（１）光電センサの小型化が進む中で、レンズが微細化すると、レンズのチャッキング部が極めて小さくなり、組立に際するレンズのハンドリングが困難となること、（２）調整用治具が極めて小型になり、治具に高い加工精度が要求されること、（３）レンズｂと発光素子ｊとの距離が固定され、バリエーションに対応した可動幅を有していないため、様々なバリエーションの要求に対しては、その都度、モジュールを設計し直さなければならないこと、等の問題点を有している。

また、第２従来例にあっては、（１）焦点の調整は可能であるが、その工法上（嵌め合いによる光軸調整のため）、光軸の調整はできないこと、（２）調整装置の構成が複雑になること、等の問題点を有している。

この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、微細な投光レンズと投光素子とを任意のバックフォーカル並びに光軸整合状態を確保しつつ、簡単かつ精度良く組み立てることを可能とした投光モジュールの製造方法を提供することにある。

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の説明を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

この発明の投光モジュールの製造方法は、投光素子と投光レンズとが軸整合され、かつ所定のバックフォーカルが確保されるように、両者を一体的に位置決め固定してなる投光モジュールを製造するものである。

上記の製造方法は、レンズ部とランナ部とを有するランナ付きレンズ部品を用意する第１のステップと、投光素子部品を所定のホルダ部品に保持させてなるホルダ付き投光素子部品を用意する第２のステップと、相対移動が可能な第１の可動部と第２の可動部とを有する位置合わせ機構を用意する第３のステップと、位置合わせ機構の第１の可動部にランナ付きレンズ部品のランナ部を装着すると共に、位置合わせ機構の第２の可動部にホルダ付き投光素子部品のホルダ部を装着する第４のステップと、投光素子部品を発光させてレンズ透過光の特徴を計測しつつ、位置合わせ機構を作動させて、ランナ付きレンズ部品のレンズ部とホルダ付き投光素子部品の投光素子部との光軸並びにバックフォーカルの調整を行う第５のステップと、ランナ付きレンズ部品のレンズ部とホルダ付き投光素子部品の投光素子部との光軸並びにバックフォーカルが調整された状態において、ランナ付きレンズ部品とホルダ付き投光素子部品とを接着してモジュール中間製品を得る第６のステップと、モジュール中間製品を構成するランナ付きレンズ部品のランナ部をレンズ部から除去する第７のステップと、を含む、ことを特徴とするものである。

このような構成によれば、位置合わせ機構の第１の可動部にランナ付きレンズ部品のランナ部を装着すると共に、位置合わせ機構の第２の可動部にホルダ付き投光素子部品のホルダ部を装着することにより、レンズ部と投光素子との距離調整並びに光軸調整が可能であることから、レンズ部が微細化したとしても、レンズ部のハンドリングに支障を来すことがない。そのため、この方法によれば、微細な投光レンズと投光素子とを任意のバックフォーカル並びに光軸整合状態を確保しつつ、簡単かつ精度良く組み立てることが可能となる。

好ましい実施の形態においては、ランナ付きレンズ部品が、円形のレンズ部と、レンズ部の外周上の１８０度離れた２箇所から突き出る２本のランナ部とを有し、ホルダ部品が、投光素子部品が頭から嵌入される後端部と、外周上の１８０度離れた２箇所から後端側へ向けて切り込まれた２本のスリットとを有する先端部とを有する円筒体であり、さらに光軸並びにバックフォーカルの調整を行う第５のステップにおいては、ホルダ部品を構成する円筒体の２本スリットに、ランナ付きレンズ部品の２本のランナ部が挿入されることにより、ランナ付きレンズ部品のレンズ部はホルダ部品を構成する円筒体の内部に挿入される、ようにしてもよい。

このような構成によれば、ホルダ部品を構成する円筒体の２本のスリットに、ランナ付きレンズ部品の２本のランナ部が挿入されることにより、ランナ付きレンズ部品のレンズ部はホルダ部品を構成する円筒体の内部に挿入されるため、これらの円筒体から突出する２本のランナ部を掴んで、円筒体内に置かれるレンズ部の光軸向き、並びに、円筒体に沿うレンズ部の位置を容易に制御するこができるため、レンズ部が微細化した場合においても、光軸調整並びにバックフォーカル調整が著しく容易となる。

好ましい実施の形態においては、ランナ付きレンズ部品が、レンズ部の外周上の１８０度離れた２箇所から突き出る２本のランナ部の他に、さらにそれらの中間から突き出た２本のダミーランナ部を有し、ホルダ部品が、外周上の１８０度離れた２箇所から後端側へ向けて切り込まれた２本のスリットの他に、さらにそれらの中間から切り込まれた２本のスリットを有し、光軸並びにバックフォーカルの調整を行う第５のステップにおいては、ホルダ部品を構成する円筒体の４本のスリットに、ランナ付きレンズ部品の２本のランナ部及び２本のダミーランナ部が挿入されることにより、ランナ付きレンズ部品のレンズ部はホルダ部品を構成する円筒体の内部に挿入される、ようにしてもよい。

このような構成によれば、ホルダ部品を構成する円筒体の４本のスリットに、ランナ付きレンズ部品の２本のランナ部及び２本のダミーランナ部が挿入されることにより、ランナ付きレンズ部品のレンズ部はホルダ部品を構成する円筒体の内部に挿入されるため、円筒体内におけるレンズ部が４方向からガイドされることとなり、位置決め安定性並びに後段の接着工程における信頼性も向上することができる。

好ましい実施の形態においては、ランナ付きレンズ部品が、外周上の１８０度離れた２箇所から２本のランナ部が突出すると共に、後端部には投光素子部品の頭部が遊嵌される円筒部と、円筒部の先端部を塞ぐレンズ部とを有し、ホルダ部品が、投光素子部品の後端部が着座される環状体であり、さらに光軸並びにバックフォーカルの調整を行う第５のステップにおいては、ランナ付きレンズ部品を構成する円筒部に、ホルダ部品に保持された投光素子部品の頭部が挿入される、ようにしてもよい。

このような構成によれば、ランナ部を掴んでレンズ部をハンドリングすることにより、ハンドリング性が向上することに加えて、投光素子部品にキャップを被せる要領にて、レンズ部と投光素子との光軸調整並びにバックフォーカル調整を行うことができる。

好ましい実施の形態においては、ランナ付きレンズ部品のレンズ部が負のメニスカスレンズであってもよい。このような構成によれば、モジュールの設計上においてレンズの調整幅に制限がある場合にも、ランナ付きレンズ部を構成するレンズ部を負のメニスカスレンズに置き換えることにより、バックフォーカルを仮想的に調整して、任意のバリエーションを実現することができる。

この発明によれば、位置合わせ機構の第１の可動部にランナ付きレンズ部品のランナ部を装着すると共に、位置合わせ機構の第２の可動部にホルダ付き投光素子部品のホルダ部を装着することにより、レンズ部と投光素子との距離調整並びに光軸調整が可能であることから、レンズ部が微細化したとしても、レンズ部のハンドリングに支障を来すことがない。そのため、この方法によれば、微細な投光レンズと投光素子とを任意のバックフォーカル並びに光軸整合状態を確保しつつ、簡単かつ精度良く組み立てることが可能となる。

以下に、この発明の好適な実施の一形態を、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。

本発明が適用された光電センサの外観斜視図が図１に、同光電センサの主要部分の分解斜視図が図２に、図１のIII−III線矢視断面図が図３にそれぞれ示されている。

それらの図から明らかなように、この光電センサ１の外形は、前面、上面、下面がそれぞれ開口された断面コの字型のケース３と、ケース３の前面開口を塞ぐ光学ブロック２と、ケース３の上面開口を塞ぐ操作・表示ブロック６と、ケース３の下面開口を塞ぐコネクタブロック７とから構成される。

光学ブロック２は、図３に示されるように、モジュール収容孔２３と漏斗状空所２４とを有するメインブロック２１と、メインブロック２１の前面側に装着される透光板２２とから構成される。透光板２２は、後述する投光モジュール５から投光された光線を透過させる。操作・表示ブロック６は各種の操作や動作表示等を行うものであり、この例では表示灯６１が設けられる。コネクタブロック７は、外部との電気的な接続を行うためのもので、この例ではコネクタピン７２が設けられる。

ケース３内にあって、光学ブロック２の背面側には、回路基板４が垂直姿勢で固定される。回路基板４上には、本発明の要部である投光モジュール５の他に、様々な電気部品が搭載される。投光モジュール５が搭載された回路基板４を、図３に示されるように、垂直姿勢で、光学ブロック２の背面側に固定すると、投光モジュール５は、モジュール収容孔２３内に装着される。先に説明したように、投光モジュール５は、投光素子と投光レンズとが軸整合され、かつ所定のバックフォーカルが確保されるように、両者を一体的に位置決め固定してなる機能の完結部品である。しかも、後に詳細に説明するように、投光モジュール５の外径は従前の表示部品であるＴＯ１８パッケージの外径と同一とされ、両者の互換性が確保されている。従って、投光モジュール５と光学ブロック２との成形精度さえ確保されていれば、組立工程においては、光軸調整ならびにバックフォーカル調整は一切不要となり、組立工数低減によりコストダウンが実現される。尚、図２において、符号７１が付されているのは、コネクタブロック７上の端子と、回路基板４上の所定端子とを結ぶフレキシブル基板である。

次に、投光モジュール５の組立完了品の構造について説明する。本発明に係る投光モジュールの分解斜視図が図４に、同投光モジュールの縦断面図が図５に、本発明に係る投光モジュールと標準的な投光素子部品とを比較して示す図が図６にそれぞれ示されている。

図４に示されるように、本発明の投光モジュール５は、投光素子部品５３と、レンズ体５６と、筒状ホルダ５０とを含んでいる。図４及び図５に示されるように、投光素子部品５３は、外周につば部５３２ａを有する基部５３２と、基部５３２の一方の面に被せられたキャップ５３３と、基部５３２の他方の面から突出する端子ピン５３１とを有する。基部５３２からは、キャップ５３３内の空間に向けて、ＬＤ（レーザダイオード）支持基板５３５が突き出ている。ＬＤ支持基板５３５の先端にはＬＤチップ５３６が搭載される。ＬＤ支持基板５３５の搭載面５３５ａの高さは、成型時の金型精度等によってかなり高精度に維持されている。そのため、後に詳細に説明するように、投光素子部品５３とレンズ体５６との位置合わせに際しては、Ｙ軸方向の位置については固定したまま、Ｘ軸方向並びにＺ軸方向の位置あわせを行えばよい。キャップ５３３の先端には投光窓５３４が開けられている。ＬＤチップ５３６から発せられたレーザ光線は、投光窓５３４を介して、外部へと放出される。図５において、ＬＤチップ５３６とレンズ体５６との距離Ｌ１がバックフォーカルに相当する。

図４及び図５に示されるように、レンズ体５６は、中心に位置する円形レンズ部５６０と、円形レンズ部５６０の外周から９０°間隔で突出する４個の突部、すなわち第１突部５６１、第２突部５６２、第３突部５６３、第４突部５６４とを有する。後に詳細に説明するように、第１突部５６１と第３突部５６３とがランナ部に対応する。これに対して、第２突部５６２と第４突部５６４とがダミーランナ部に相当する。それら突部５６１〜５６４とレンズ部５６０の中心との位置関係は、金型の精度によって高精度に維持されている。

図４及び図５に示されるように、筒状ホルダ５０はほぼ円筒状の筒部５０１を主体として構成される。筒部５０１の後端部には、図４に示されるように、投光素子部品５３がはめ込まれる。尚、符号５０２，５０２は位置決め用のつば部である。

筒部５０１の前端部には、４本の切込スリット、すなわち第１スリット５０３、第２スリット５０４、第３スリット５０５、第４スリット５０６が形成されている。これらスリット５０３〜５０６の長さＬ２（図５参照）は、レンズ体５６の前後方向の調整幅を規定する。また、それらスリット５０３〜５０６の幅は、レンズ体５６の光軸アライメントの調整幅を規定する。そのため、それらスリット５０３〜５０６の幅は、レンズ体５６の突部５６１〜５６４の幅よりもやや余裕をもたせた広幅とされている。図４に示される３つの部品５０，５３，５６が組み立てられた完成品においては、投光素子部品５３とレンズ体５６とは軸整合され、かつ所定のバックフォーカルが確保されるように、両者は筒状ホルダ５０を介して一体的に位置決め固定される。

次に、本発明に係る投光モジュールと標準的な投光素子部品とを比較して示す図が図６に示されている。同図（ａ）に示されるように、本発明に係る投光モジュールの外径は、筒状ホルダ５０の外径φ２となる。これに対して、同図（ｂ）に示されるように、標準的な投光素子部品の外径は、ＴＯ１８パッケージ１０ａの外径φ１によって規定される。尚、１０は投光素子部品、１０ａはＴＯ１８パッケージ、１０ｂは端子ピン、１０ｃは端子片である。そして、従前の投光素子部品１０のＴＯ１８パッケージ１０ａの外径φ１と本発明の投光モジュール５の筒状ホルダ５０の外径φ２との間には、φ１＝φ２の関係が成立する。このことから、本発明の投光モジュール５は従前の標準的な投光素子部品との互換性が確保されている。

次に、以上説明した本発明の投光モジュール５の製造方法について説明する。本発明に係る投光モジュールの組立工程図が図７及び図８に示されている。それらの図から明らかなように、本発明の投光モジュール５は、圧入工程、挿入工程、塗布工程、光軸アライメント工程、硬化工程、ランナカット工程からなる６個の工程を経て完成する。以下、それらの工程のそれぞれを順に詳細に説明する。

まず、圧入工程においては、投光素子部品５３と筒状ホルダ５０とを用意する。ここで、投光素子部品５３及び筒状ホルダ５０の各構造については、先に図４及び図５を参照して詳細に説明した通りである。圧入工程においては、図４に示されるように、筒状ホルダ５０の後端部に、投光素子部品５３を、キャップ部５３３を先にして、圧入によりはめ込む。このとき、投光素子部品５３のつば部５３２ａの外周に形成されたＶ溝５３７が、筒部５０１の内周に形成された対応する形状の溝と嵌合することによって、両者の周方向の位置決めがなされる。また、図５を参照して説明したように、基部５３２とＬＤ搭載面５３５ａとの関係は高精度に維持されているため、これにより筒状ホルダ５０とＬＤチップ５３６との位置関係も高精度に位置決めされる。圧入工程が完了すると、図９（ａ）に示されるように、投光素子部品のキャップ部５３３及び基部５３２は筒状ホルダ５０の筒部５０１の後端部に完全に収容され、端子ピン５３１のみが外部に露出する状態となる。

次に、挿入工程においては、筒状ホルダ５０と投光素子部品５３との組立体に加えて、新たに本発明の要部であるランナ付きレンズ部品５６Ａを用意する。本発明に係るレンズ部品の説明図が図１０に示されている。図に示されているのは、金型からイジェクトされた成型品そのものである。この成型品は、スプール部５８０と、レンズ部５６０と、スプール部５８０とレンズ部５６０とを繋ぐランナ部とを有する。特に、この例に示されるランナ部は、スプール部５８０の先端から４方向へ延びる基幹部５８１と、基幹部５８１の先端に連接されるコの字状枝部（５６５，５６６，５６７）と、コの字状枝部とレンズ部５６０との間を繋ぐ末端部（５６８，５６９）とを有する。すなわち、コの字状枝部は、基幹部５８１に連接される中間枝部５６５と、中間枝部５６５の両端からそれぞれ延びる右枝部５６６，左枝部５６７と、右枝部５６６又は左枝部５６７とレンズ部５６０との間を繋ぐ右末端部５６８、左末端部５６９とを有する。また、レンズ部５６０の外周２カ所にはダミーランナ部５６２ａ，５６４ａが突設されている。ここで、ダミーランナ部というのは、正確にはランナ機能はないが、成型品に繋がっていることによりランナ部と同様な形状に見えることから、そのように命名されたものである。

そして、本発明で言うところのランナ付きレンズ部品５６Ａというのは、図１０において矢印で示されるように、コの字状枝部（中間枝部５６５，右枝部５６６，左枝部５６７）から先の部分を分離したものに相当する。こうして得られたランナ付きレンズ部品５６Ａにおいては、円形レンズ部５６０の外周において、１８０°離れた２点には、それぞれランナ部（右末端部５６８及び左末端部５６９）が突き出た形態となり、さらにそれらのランナ部５６８，５６９の中間からは、ダミーランナ部５６２ａ，５６４ａが突き出た形態となる。

図７に戻って、挿入工程においては、ランナ付きレンズ部品５６Ａのレンズ部５６０が、筒状ホルダ５０の先端側から内部へと挿入される。図９（ｂ）に示されるように、この挿入に際しては、第１スリット５０３にはランナ右末端部５６８が、第２スリット５０４にはダミーランナ部５６４が、第３スリット５０５にはランナ左末端部５６９が、第４スリット５０６にはダミーランナ部５６２ａがそれぞれ適度の余裕をもって挿入される。従って、筒部５０１内におけるレンズ部５６０の光軸並びに光軸方向の位置については、ランナ枝部（５６５，５６６，５６７）をつかんで動かすことによって自由に調整が可能となる。

次に、図８に移って、塗布工程においては、図１１（ａ）に示されるように、筒部５０１に形成された４本のスリット５０３〜５０６と、ランナ部５６８，５６９及びダミーランナ部５６２ａ，５６４ａとの隙間に紫外線硬化接着剤５７０が例えば所定のノズル装置を介して塗布される。このとき、塗布された接着剤５７０が、レンズ部５６０に流れ込まないように、レンズ部５６０の外周と各ランナ部及びダミーランナ部との間に流入阻止用の障壁となる小突部を設けてもよい。

次に、光軸アライメント工程について説明する。光軸アライメント工程の説明図（その１）が図１２に、光軸アライメントシステムの構成図が図１３に、投光モジュール取付部の拡大図が図１４にそれぞれ示されている。

図１２に示されるように、光軸アライメント工程においては、レンズ部５６０の面をＸＹ方向、レンズ部５６０の光軸方向をＺ方向として、３軸方向への位置決め制御が行われる。尤も、先に図５を参照して説明したように、投光素子部品５３において、ＬＤチップ５３６の搭載面５３５ａは、基部５３２との間に高精度に位置決めされているため、基部５３２を予め決められたＹ方向高さとすれば、Ｙ軸方向については固定したまま、Ｘ軸方向並びにＺ軸方向の２軸制御によって、光軸整合並びにバックフォーカル調整を行うこともできる。

図１３に示されるように、本発明の位置合わせにおいては、ＸＹ軸方向の可動ステージ８１とＺ軸方向の可動ステージ８２とを有する位置合わせ装置が利用される。図１３及び図１４に示されるように、ランナ付きレンズ部品５６Ａは右側レンズクランパ８１１、左側レンズクランパ８１２、中央レンズクランパ８１３によってＸＹ軸方向の可動ステージ８１に装着される。より具体的には、図１４に示されるように、右側レンズクランパ８１１によってランナ右枝部５６６がクランプされ、左側レンズクランパ８１２によってランナ左枝部５６７がクランプされ、中央レンズクランパ８１３によってランナ中間枝部５６５がクランプされる。一方、筒状ホルダ５０は、ホルダクランパ８２１によって、Ｚ軸方向の可動ステージ８２に装着される。光軸アライメント工程においては、投光素子部品５３は発光状態とされ、投光素子部品５３から発せられたレーザ光線は、レンズ部５６０を通過した後、ミラー８３により案内されて、ＣＣＤカメラ８４によって撮影される。ＣＣＤカメラ８４によって撮影された投光スポット映像は、所定の制御装置において基準となるスポット形状と照合され、その偏差が補正されるように、ＸＹ軸方向の可動ステージ８１及びＺ軸方向の可動ステージ８２が制御される。このようなフィードバック制御については、従来より各種の文献において公知であるから、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図８に戻って、光軸アライメント工程が終了したならば、続いて硬化工程への移行が行われ、塗布された接着剤に対し紫外線照射を行うことによって、接着剤の硬化が行われる。

しかる後、接着剤が硬化するのを待って、ランナカット工程への移行が行われ、図１１（ｂ）に示されるように、ランナ右末端部５６８及びランナ左末端部５６９は、レンズ部５６０に近接した位置において切断され、それらランナ部５６８，５６９は、レンズ部５６０から除去される。

以上説明したように、本発明の製造方法によれば、光軸アライメントシステムを構成するＸＹ軸方向の可動ステージ８１にランナ付きレンズ部品５６Ａのランナ部（中間枝部５６５、右枝部５６６、左枝部５６７）を装着すると共に、同光軸アライメントシステムを構成するＺ軸方向の可動ステージ８２には、ホルダ付き投光素子部品（筒状ホルダ５０、投光素子部品５３の結合体）のホルダ部（筒状ホルダ５０）を装着することにより、レンズ部５６０と投光素子（ＬＤチップ５３６）との距離調整並びに光軸調整が可能であることから、レンズ部５６０が微細化したとしても、レンズ部５６０のハンドリングに支障を来すことがない。そのため、この方法によれば、微細な投光レンズと投光素子とを任意のバックフォーカル並びに光軸整合状態を確保しつつ、簡単かつ精度よく組み立てることが可能となる。

また、この実施形態においては、ランナ付きレンズ部品５６Ａが、レンズ部５６０の外周上の１８０°離れた２カ所から突き出る２本のランナ部（ランナ右末端部５６８、ランナ左末端部５６９）の他に、さらにそれらの中間から突き出た２本のダミーランナ部５６２ａ，５６４ａを有し、ホルダ部品（筒状ホルダ５０）が、外周上の１８０°離れた２カ所から後端側へ向けて切り込まれた２本のスリット（第１スリット５０３、第３スリット５０５）の他に、さらにそれらの中間から切り込まれた２本のスリット（第２スリット５０４、第４スリット５０６）を有し、光軸並びにバックフォーカルの調整を行う光軸アライメント工程においては、ホルダ部品（筒状ホルダ５０）を構成する円筒体（筒部５０１）の４本のスリット（第１スリット５０３〜第４スリット５０６）に、ランナ付きレンズ部品５６Ａの２本のランナ部（ランナ右末端部５６８、ランナ左末端部５６９）及び２本のダミーランナ部５６２ａ，５６４ａが挿入されることにより、ランナ付きレンズ部品５６Ａのレンズ部５６０はホルダ部品（筒状ホルダ５０）を構成する円筒体（筒部５０１）の内部に挿入される。そのため、この実施形態によれば、ホルダ部品（筒状ホルダ５０）を構成する円筒体（筒部５０１）の４本のスリット５０３〜５０６に、ランナ付きレンズ部品５６Ａの２本のランナ部（ランナ右末端部５６８、ランナ左末端部５６９）及び２本のダミーランナ部５６２ａ，５６４ａが挿入されることにより、ランナ付きレンズ部品５６Ａのレンズ部５６０はホルダ部品（筒状ホルダ５０）を構成する円筒体（筒部５０１）の内部に挿入されるため、円筒体（筒部５０１）内におけるレンズ部５６０が４方向からガイドされることとなり、位置決め安定性並びに接着工程における信頼性も向上する。

次に、本発明が適用された光電センサの他の一例を示す分解斜視図が図１５に、図１５におけるXVI−XVI断面図が図１６にそれぞれ示されている。この光電センサの主たる特徴とするところは、図１６に示されるように、投光モジュール５がサブホルダ２３を介してメインホルダ２１に装着されていること、図１５に示されるように、透光板２２Ａに投光用レンズ部２２１と受光用レンズ部２２２とが形成され、投光用レンズ部２２１についてはシリンドリカルレンズとされている点にある。このような構成によれば、サブホルダ２３は樹脂製で現場加工が可能なため、このサブホルダ２３の前後方向の長さを調整することによって、投光モジュール５の位置を全体として前後に調整することができる。さらに、投光モジュールを構成するレンズ体５６の前方に、シリンドリカルレンズを配置し、光電センサのレンズ光学系を２枚構成としているため、断面ライン状（バー状）の投光ビームとすることで光電センサのバリエーションをさらに広げることができる。

本発明が適用された光電センサの他の一例を示す分解斜視図が図１７に、図１７におけるXVIII−XVIII線断面図が図１８にそれぞれ示されている。この実施形態の主たる特徴とするところは、先ほどの例と同様に、サブホルダ２３を設けたことに加え、レンズ体５６として負のメニスカスレンズを採用し、さらに投光用レンズ部２２３として集光機能を有するレンズを採用したことにある。すなわち、この実施形態においては、投光モジュール５を構成するレンズ体５６として光学系を短縮する機能を有するメニスカスレンズを採用すると共に、その後段に集光レンズを有するインターナルフォーカス方式とし、また投光素子部品５３としては発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用している。インターナルフォーカス方式とはカメラ用の望遠レンズ等に使用されるフォーカシング機構である。ここでは投光スポットの集光位置可変手段として採用する。ここで、例えば光電センサのスポット径の可変範囲を下記のように規定する。
［１］距離３５ｍｍでスポットサイズφ１．０ｍｍ
［２］距離７０ｍｍでスポットサイズφ２．０ｍｍ
［３］距離１００ｍｍでスポットサイズφ２．５ｍｍ

上記のようなスポットサイズをバックフォーカル（ＢＦＬ）の調整のみで実現しようとすると、光源が０．３ｍｍ角程度の発光サイズを有するＬＥＤの場合、［３］の条件により、最大でもＭ＝８．３３以下の像倍率が必要である。つまり、［３］の条件を満たすためには、ｂ＝１２．０ｍｍ以上の光源・主面間距離が必要となる。（ａ：像側焦点距離、ｂ：物体側焦点距離、ｆ：焦点距離、については図１９参照）

さらに、［１］の条件を満たすためには、以下の結像の公式より、
（１／ａ）＋（１／ｂ）＝（１／ｆ）
［１］の条件より、
（１／１００）＋（１／１２）＝（１／ｆ）
ｆ＝１０．７５３
［３］の条件より、
（１／３５）＋（１／ｂ）＝（１／１０．７５３）
ｂ＝１５．５２８
の光源・主面間距離が必要である。

また、先に図２３を参照して説明したように、一般にバックフォーカルＬ０の値は最大でも１０ｍｍ程度しかとれない。これらのことから、モジュールレンズは合成ｆの主面を常に集光レンズの前に出すように設計しなければならない。そのため、本実施形態では、光学系を短縮するメニスカスレンズと集光レンズの２枚玉構成とすることにより、光電センサのような焦点距離の限られた光学系でも近距離小スポット、長距離小スポットのバリエーションをモジュールの部品点数、種類数を変えずに実現することができる。

次に、本発明の投光モジュールの他の一例を示す外観斜視図が図２０に、同投光モジュールの分解斜視図が図２１に、さらに光軸アライメント工程の説明図（その２）が図２２にそれぞれ示されている。

この例にあっては、図２０及び図２１に示されるように、投光モジュール９は、筒状ホルダ９０と、投光素子部品９３と、ベース部品９６とから構成されている。投光素子部品９３の構成は先に説明した投光素子部品５３のそれと同様である。ベース部品９６はリング状をなし、つば部９６１と開口９６２とを有する。開口９６２の内周には、位置決め用のＶ突条９６３，９６３が形成されている。このベース部品９６内には、投光素子部品９３が端子ピン９３１を先にして挿入され、圧着固定される。一方、筒状ホルダ９０は、後端部が開口された筒部９０１と、筒部９０１の前端部を塞ぐレンズ部９０２とを有する。スリット９０３は接着剤挿入用の開口である。

図２２に示されるように、筒状ホルダ９０は、先の例と同様にランナ付きレンズ部品として構成されている。すなわち、このランナ部は、ランナ中間枝部９６５と、ランナ右枝部９６６と、ランナ左枝部９６７と、ランナ右末端部９６８と、ランナ左末端部９６９とを有する。

このような構成によれば、ベース部品９６に投光素子部品９３を装着してなるホルダ付き投光素子部品を、図１３及び図１４に示されるＺ軸方向の可動ステージ８２に装着する一方、ランナ付きレンズ部品（筒部９０１、レンズ部９０２、ランナ部９６５〜９６９の一体結合物）については、ＸＹ軸方向の可動ステージ８１に装着することにより、両者間の軸整合並びにバックフォーカルの調整を容易に行うことができる。

次に、本発明に係る投光モジュールの組立工程における塗布工程の他の一例が図２６および図２７に示されている。図２６（ａ）には接着剤塗布前の状態が、同図（ｂ）には接着剤の塗布方向が、そして同図（ｃ）には接着剤塗布後の状態がそれぞれ示されている。また、図２７においては、図２６（ｃ）にて示される直線Ａ−Ａ'における断面図が示されている。この例においても、図７に示す組立工程図に従って、ランナ付きレンズ成型品の挿入工程が完了した後、接着剤の塗布工程が開始される。

そこで、この例にあっては、図２６（ａ）に示される状態において、筒部５０１と、筒部５０１に形成された４本のスリット５０３〜５０６と、ランナ部５６８，５６９及びダミーランナ部５６２ａ，５６４ａとの隙間に、紫外線硬化接着剤５７０が同図（ｂ）の矢印ａ〜ｈにて示すような８方向から例えば所定のノズルによりレンズ側面とスリーブの隙間に流し込まれる。このとき、塗布された接着剤５７０は、図２７にて示されるように、レンズ部５６０に設けられた流入阻止用の小突部５９０により、レンズ面に流れ込まないように保持される。

そして、図２６（ｃ）及び図２７に示すようにレンズ側面全体で接着のバランスを取り、レンズの下方部が、中空状態となった状態で保持される。このとき、接着剤の下端部（図２７にて符号５７０ａにて示される部分）は、接着剤５７０の表面張力によって垂下してしまうことなく接着位置に維持される。

その後は、図８に示すように光軸アライメント工程を経た後、硬化工程において、塗布された接着剤に対し紫外線照射を行うことにより、接着剤の硬化が行われる点は、前述の実施例と同様である。

これにより、熱膨張・収縮による応力や変位を互いに打ち消し合い高精度な接着固定が可能となる。また、側面全体を接着するため接着面積も確保でき接着強度を向上させることができる。

以上の説明で明らかなように、本発明の方法によれば、位置合わせ機構の第１の可動部にランナ付きレンズ部品のランナ部を装着すると共に、位置合わせ機構の第２の可動部にホルダ付き投光素子部品のホルダ部を装着することにより、レンズ部と投光素子との距離調整並びに光軸調整が可能であることから、レンズ部が微細化したとしても、レンズ部のハンドリングに支障を来すことがない。そのため、この方法によれば、微細な投光レンズと投光素子とを任意のバックフォーカル並びに光軸整合状態を確保しつつ、簡単かつ精度良く組み立てることが可能となる。

本発明が適用された光電センサの外観斜視図である。 本発明が適用された光電センサの主要部分の分解斜視図である。 図１のIII−III線矢視断面図である。 本発明に係る投光モジュールの分解斜視図である。 投光モジュールの縦断面図である。 本発明に係る投光モジュールと標準的な投光素子部品とを比較して示す図である。 本発明に係る投光モジュールの組立工程図（その１）である。 本発明に係る投光モジュールの組立工程図（その２）である。 組立工程図における各工程の状態説明図（その１）である。 本発明に係るレンズ部品の説明図である。 組立工程図における各工程の状態説明図（その２）である。 光軸アライメント工程の説明図（その１）である。 光軸アライメントシステムの構成図である。 投光モジュール取付部の拡大図である。 本発明が適用された光電センサの他の一例を示す分解斜視図である。 図１５におけるXVI−XVI線断面図である。 本発明が適用された光電センサの他の一例を示す分解斜視図である。 図１７におけるXVIII−XVIII線断面図である。 焦点距離を模式的に表す図である。 投光モジュールの他の一例を示す外観斜視図である。 投光モジュールの他の一例を示す分解斜視図である。 光軸アライメント工程の説明図（その２）である。 従来の光電センサの投光部の構成例を示す断面図である。 従来の投光モジュールの説明図である。 従来のレンズ部品の説明図である。 本発明に係る投光モジュールの組立工程における接着剤塗布工程の一例を示す説明図である。 図２６（ｃ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。

符号の説明

１ 光電センサ
２ 光学ブロック
３ ケース
４ 回路基板
５ 投光モジュール
６ 操作・表示ブロック
７ コネクタブロック
９ 投光モジュール
１０ 投光素子部品
１０ａ ＴＯ１８パッケージ
１０ｂ 端子ピン
１０ｃ 端子片
２１ メインホルダ
２２ 透光板
２２Ａ 透光板
２２Ｂ 透光板
２３ サブホルダ
２３ モジュール収容孔
２４ 空所
５０ 筒状ホルダ
５３ 投光素子部品
５６ レンズ体
５６Ａ ランナ付きレンズ部品
６１ 表示灯
７１ リボンケーブル
８１ ＸＹ軸方向の可動ステージ
８２ Ｚ方向の可動ステージ
８３ ミラー
８４ ＣＣＤカメラ
９０ 筒状ホルダ
９３ 投光素子部品
９６ ベース部品
２２１ 投光用レンズ部（シリンドリカルレンズ）
２２２ 受光用レンズ部
５０１ 筒部
５０２ つば部
５０３ 第１スリット
５０４ 第２スリット
５０５ 第３スリット
５０６ 第４スリット
５３１ 端子ピン
５３２ 基部
５３２ａ つば部
５３３ キャップ
５３４ 投光窓
５３５ ＬＤ支持基板
５３５ａ 素子搭載面
５３６ ＬＤチップ
５６１ 第１突部
５６２ 第２突部
５６３ 第３突部
５６４ 第４突部
５６０ レンズ部
５６５ ランナ中間枝部
５６６ ランナ右枝部
５６７ ランナ左枝部
５６８ ランナ右末端部
５６９ ランナ左末端部
５６２ａ，５６４ａ ダミーランナ部
５７０ 接着剤
５８０ スプール
５８１ ランナ基幹部
５９０ 流入阻止用の小突部
８１１ 右側レンズクランパ
８１２ 左側レンズクランパ
８１３ 中央レンズクランパ
８２１ ホルダクランパ
９０１ 筒部
９０２ レンズ部
９０３ スリット
９３１ 端子ピン
９３２ つば部
９３３ キャップ
９３４ 投光窓
９３７ Ｖ溝
９６１ つば部
９６２ 開口
９６３ Ｖ突条
φ１ ＴＯ１８パッケージの外径
φ２ 本発明投光モジュールの外径
Ｓ 前側主面
Ｌ３ 前側主面距離

Claims (7)

1. 投光素子と投光レンズとが軸整合され、かつ所定のバックフォーカルが確保されるように、両者を一体的に位置決め固定してなる投光モジュールの製造方法であって、
   レンズ部とランナ部とを有するランナ付きレンズ部品を用意する第１のステップと、
   投光素子部品を所定のホルダ部品に保持させてなるホルダ付き投光素子部品を用意する第２のステップと、
   相対移動が可能な第１の可動部と第２の可動部とを有する位置合わせ機構を用意する第３のステップと、
   位置合わせ機構の第１の可動部にランナ付きレンズ部品のランナ部を装着すると共に、位置合わせ機構の第２の可動部にホルダ付き投光素子部品のホルダ部を装着する第４のステップと、
   投光素子部品を発光させてレンズ透過光の特徴を計測しつつ、位置合わせ機構を作動させて、ランナ付きレンズ部品のレンズ部とホルダ付き投光素子部品の投光素子部との光軸並びにバックフォーカルの調整を行う第５のステップと、
   ランナ付きレンズ部品のレンズ部とホルダ付き投光素子部品の投光素子部との光軸並びにバックフォーカルが調整された状態において、ランナ付きレンズ部品とホルダ付き投光素子部品とを接着してモジュール中間製品を得る第６のステップと、
   モジュール中間製品を構成するランナ付きレンズ部品のランナ部をレンズ部から除去する第７のステップと、を含む、ことを特徴とする投光モジュールの製造方法。
2. ランナ付きレンズ部品が、円形のレンズ部と、レンズ部の外周上の１８０度離れた２箇所から突き出る２本のランナ部とを有し、
   ホルダ部品が、投光素子部品が頭から嵌入される後端部と、外周上の１８０度離れた２箇所から後端側へ向けて切り込まれた２本のスリットとを有する先端部とを有する円筒体であり、さらに
   光軸並びにバックフォーカルの調整を行う第５のステップにおいては、ホルダ部品を構成する円筒体の２本スリットに、ランナ付きレンズ部品の２本のランナ部が挿入されることにより、ランナ付きレンズ部品のレンズ部はホルダ部品を構成する円筒体の内部に挿入される、ことを特徴とする請求項１に記載の投光モジュールの製造方法。
3. ランナ付きレンズ部品が、レンズ部の外周上の１８０度離れた２箇所から突き出る２本のランナ部の他に、さらにそれらの中間から突き出た２本のダミーランナ部を有し、
   ホルダ部品が、外周上の１８０度離れた２箇所から後端側へ向けて切り込まれた２本のスリットの他に、さらにそれらの中間から切り込まれた２本のスリットを有し、
   光軸並びにバックフォーカルの調整を行う第５のステップにおいては、ホルダ部品を構成する円筒体の４本のスリットに、ランナ付きレンズ部品の２本のランナ部及び２本のダミーランナ部が挿入されることにより、ランナ付きレンズ部品のレンズ部はホルダ部品を構成する円筒体の内部に挿入される、ことを特徴とする請求項２に記載の投光モジュールの製造方法。
4. ランナ付きレンズ部品が、円筒部とレンズ部とを有し、
   前記ランナ付きレンズ部品の円筒部は、外周上の１８０度離れた２箇所から２本のランナ部が突出すると共に、後端部には投光素子部品の頭部が遊嵌され、
   前記ランナ付きレンズ部品のレンズ部は、円筒部の先端部を塞ぐものであり、
   ホルダ部品が、投光素子部品の後端部が着座される環状体であり、さらに
   光軸並びにバックフォーカルの調整を行う第５のステップにおいては、ランナ付きレンズ部品を構成する円筒部に、ホルダ部品に保持された投光素子部品の頭部が挿入される、ことを特徴とする請求項１に記載の投光モジュールの製造方法。
5. ランナ付きレンズ部品のレンズ部が負のメニスカスレンズである、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投光モジュールの製造方法。
6. 円形のレンズ部と、レンズ部の外周上の１８０度離れた２箇所から突き出る２本のランナ部とを有する、ことを特徴とするランナ付きレンズ部品。
7. レンズ部の外周上の１８０度離れた２箇所から突き出る２本のランナ部の他に、さらにそれらの中間から突き出た２本のダミーランナ部を有する、ことを特徴とする請求項６に記載のランナ付きレンズ部品。

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