(57)【要約】    【課題】鏡筒に固定すべきレンズを高精度且つ高速に調整し固定することができる光学素子固定装置を提供する。    【解決手段】レンズ固定装置１００は、光軸Ａ上に配された熱可塑性樹脂製の調整用レンズ１を、調整用レンズ１を保持する熱可塑性樹脂製のレンズ枠２に固定する。レンズ枠２は、座面２ｂと、調整用レンズ１の外周部１ａに一定の隙間をもって対向する縁部２ｃとを備える。レンズ固定装置１００は、調整用レンズ１をそのレンズ面を含むＸＹ面内で移動すべく調整用レンズ１をその外周部において保持するＸＹステージ７と、レンズ１側において光軸Ａ上に配されたレーザ照射ユニット１０とを備える。レーザ照射ユニット１０は、調整用レンズ１の偏芯調整の後、レーザ光１３を調整用レンズ１の座面１ｂとレンズ枠２の座面２ｂの境界部に照射する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を保持部材に固定する光学素子固定装置であって、
前記保持部材に支持される前記光学素子の光軸と略直交する面上における前記光学素子の偏芯量を測定する測定手段と、
前記測定された偏芯量を補正するように前記光学素子を前記光軸と略直交する面上で移動する移動手段と、
前記保持部材に支持される前記光学素子の光軸延長線上にレーザ光を照射するレーザ照射装置とを備えることを特徴とする光学素子固定装置。
【請求項２】
前記レーザ照射装置は、前記照射されたレーザ光を拡径する拡径手段と、前記拡径されたレーザ光を断面リング状の光束に変換する変換手段とを備え、前記レーザ光を前記光学素子と前記保持部材とが接触する部分に照射することを特徴とする請求項１に記載の光学素子固定装置。
【請求項３】
前記拡径手段は、前記照射されたレーザ光の光束を拡散する負のパワーを有するレンズと、前記拡散されたレーザ光の光束を収束させる正のパワーを有するレンズとを備え、
前記変換手段は、前記拡径されたレーザ光を放射状に反射する円錐面を有する反射部材と、前記放射状に反射されたレーザ光を断面リング状の光束に変換する円錐ロート状部とを備えることを特徴とする請求項２に記載の光学素子固定装置。
【請求項４】
前記断面リング状の光束に変換されたレーザ光を前記面上における前記光学素子の支持部に集光する集光レンズを備えることを特徴とする請求項３に記載の光学素子固定装置。
【請求項５】
前記測定手段は、前記光学素子に向けて前記光軸に沿って光を照射する光源と、前記光学素子と前記光源の間に配置され、前記光軸に略直交する直線パターンを有するチャートと、前記チャート及び前記光学素子を介した前記光源からの光をチャート像として受光する光電変換センサと、前記受光したチャート像を光強度分布に変換する変換手段と、前記光強度分布の最強度点に関する前記光強度分布の非対称性に基づいて前記光学素子の偏芯量を算出する算出手段とを備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の光学素子固定装置。
【請求項６】
前記チャート及び前記光学素子を介した前記光源からの光を光軸に対して傾斜して反射させる反射傾斜面を備えることを特徴とする請求項５記載の光学素子固定装置。
【請求項７】
前記移動手段は、前記光学素子の外周縁部分を押圧するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子固定装置。
【請求項８】
前記移動手段は、前記光学素子の外周部に隙間を持って嵌合することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子調整固定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子固定装置に関し、特に、撮像素子等に用いられるレンズ固定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレンズ固定装置は、鏡筒に固定すべきレンズの偏芯量を測定し、測定した偏芯量に基づいてレンズの位置決めをした後、レンズの外周部に塗布した紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射してレンズを鏡筒に固定する。
【０００３】
上記装置において、レンズの偏芯量の測定は、二方向の直線パターンを有するチャートをレンズを含む光学系を介してセンサに投影し、センサに投影されたチャート像のＸ方向及びＹ方向の照度分布からコマフレア量を算出することにより行う。
【０００４】
上記装置は、測定された偏芯量と予め計測された参照データとを比較することによりレンズの移動量を決定し、その後、ＸＹ微動ステージにてレンズを当該移動量だけ移動させる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１２１９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記固定装置は、レンズの位置決めとは別の工程で、接着剤への紫外線照射によりレンズを鏡筒に固定するので、接着剤硬化前にレンズが動く場合がある。さらに、紫外線硬化型接着剤は、公知の通り、これに紫外線を照射したときに体積率で約５％程度の硬化収縮を起こすため、レンズを鏡筒に固定する際、接着剤の硬化収縮によりレンズが動く。
【０００６】
また、この接着剤を紫外線により硬化させると、２０〜３０秒程度の時間を要するので、組立工程時間が長くなり、組立コストを増大させる。
【０００７】
本発明の目的は、鏡筒に固定すべきレンズを高精度且つ高速に調整し固定することができる光学素子固定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の光学素子固定装置は、光学素子を保持部材に固定する光学素子固定装置であって、前記保持部材に支持される前記光学素子の光軸と略直交する面上における前記光学素子の偏芯量を測定する測定手段と、前記測定された偏芯量を補正するように前記光学素子を前記光軸と略直交する面上で移動する移動手段と、
前記保持部材に支持される前記光学素子の光軸延長線上にレーザ光を照射するレーザ照射装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、測定された偏芯量を補正するように光学素子を光軸と略直交する面上で移動し、光学素子が支持される光学素子の光軸延長線上にレーザ光を照射するので、光学素子の移動とレーザ光の照射とを同工程で行うことができ、もって鏡筒に固定すべきレンズを高精度且つ高速に調整し固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレンズ固定装置の構成を概略的に示す図である。
【００１２】
図１のレンズ固定装置１００は、レンズ枠２に保持される調整用レンズ１の偏芯量を測定するとともに、測定した偏芯量を補正するように調整用レンズ１を移動させた後、レーザ光を照射してレンズ枠２に調整用レンズ１を固定する装置である。
【００１３】
レンズ枠２は、架台５の保持部５ａに嵌合保持される外周部２ａと、調整用レンズ１を上側において支承すると共に、レンズ３を下側において支承する座面２ｂと、調整用レンズ１の外周部１ａに一定の隙間をもって対向する縁部２ｃと、レンズ３の外周部３ａを保持する縁部２ｄとを備える。
【００１４】
また、レンズ枠２は、縁部２ｃが調整用レンズ１の外周部１ａに一定の隙間をもって対向しているので、調整用レンズ１は、自重により座面２ｂに載置された状態にあり、調整用レンズ１の固定時に調整用レンズ１が座面２ｂに対して傾くのを防止することができる。
【００１５】
レンズ固定装置１００は、調整用マスターレンズ４と、マスターレンズ４側において光軸Ａ上に配された光源８（測定手段）と、マスターレンズ４と光源８間において光軸Ａ上に配された後述する図３のチャート９（測定手段）と、マスターレンズ４を保持するマスターレンズ保持枠６と、マスターレンズ保持枠６を保持する架台５と備える。さらに、レンズ固定装置１００は、架台５に取り付けられるレンズ枠２が保持する調整用レンズ１をそのレンズ面を含むＸＹ面内で移動すべく調整用レンズ１をその外周部において保持するＸＹステージ７（移動手段）と、調整用レンズ１側において光軸Ａ上に配されたレーザ照射ユニット１０とを備える。
【００１６】
レーザ照射ユニット１０は、下端が円錐ロート状に形成された円筒形のレンズ保持枠１４と、レンズ保持枠１４の上端に配され、レーザ光１３を光軸Ｃに沿って下方へ照射するレーザ照射口１２と、レンズ保持枠１４の円筒形部に配され、レーザ照射口１２から照射されたレーザ光１３の光束を拡散する負のパワーを有するレンズ１５（拡径手段）と、レンズ保持枠１４の円筒形部に配され、レンズ１５により拡散したレーザ光１３の光束を収束したレーザ光にする正のパワーを有するレンズ１６（拡径手段）と、レンズ保持枠１４の円錐ロート状部の中央に配され、上端が円錐面をなすと共に下端が水平に対して４５°の傾斜面をなす反射部材１１と、外周部がレンズ保持枠１４に固定されており、内周部で反射部材１１を保持するドーナツ状の集光レンズ１７とを備える。
【００１７】
レンズ固定装置１００は、さらに、光源８が照射した光が、後述する図３のチャート９、マスターレンズ４，レンズ３，調整用レンズ１を介して反射部材１１の下端の傾斜面で反射した光を受光するセンサ１８（測定手段）と、センサ１８に接続された画像処理装置２０（測定手段）と、レーザ照射口１２、ＸＹステージ７、光源８、及び画像処理装置２０に接続され、これらを制御する制御装置２１とを備える。
【００１８】
図３は、図１におけるチャート９の平面図である。
【００１９】
図３において、チャート９は、直交する二方向の直線パターンである光透過性のチャートパターンＰｘ，Ｐｙを有し、これら以外の部分は光を透過しない部分である。各チャートパターンＰｘ，Ｐｙの幅は、被調整レンズ系に要求される光学性能によるが、例えばこの光学性能が空間周波数で１００本／ｍｍとした場合、５ミクロンに設定される。
【００２０】
以下、図１のレンズ固定装置の動作を図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２１】
まず、図２において、不図示の自動組込み装置又は組立てを行う作業者が、レンズ３を支承した状態のレンズ枠２がその外周部２ａにおいて架台５の保持部５ａに嵌合保持されるようにレンズ枠２を架台５に組み込む。続いて、レンズ組込み用把持装置１９が調整用レンズ１を縁部２ｃ内に嵌合するようにレンズ枠２に組み込む。このとき、ＸＹステージ７は、該組込み作業を阻害しないように光軸Ａに沿って上方に退避した状態にある。調整用レンズ１がレンズ枠２に組み込まれ、レンズ組込み用把持装置１９が退避した後、ＸＹステージ７が下方に降下し、ＸＹステージ７のレンズ把持部７ａが調整用レンズ１の外周部１ａと一定の隙間を持って嵌合する。
【００２２】
次に、図１において、光源８を点灯すると、チャート９の投影像はマスターレンズ４，レンズ３，調整用レンズ１を介してセンサ１８に投影される（図４）。その際、チャート９の投影像は、レーザ照射ユニット１０の反射部材１１の反射面１１ａによりその光軸Ａに対して略９０°に配向した光軸Ｂ方向に反射する。また、該投影に際して、チャート９は、不図示の駆動制御装置によりセンサ１８上でのチャート９の投影像のフレア幅が最小、すなわち、チャート９の投影像がセンサ１８上で合焦状態となるように光軸Ａ方向に沿って駆動制御される。
【００２３】
次いで、センサ１８に投影されたチャート９の投影像の光強度分布は画像処理装置２０に取り込まれ、画像処理装置２０はその照度分布（図５及び図６）を算出して調整用レンズ１の偏芯調整を行うための移動量を決定する。そして、制御装置２１は、ＸＹステージ７が決定した移動量に基づいて調整用レンズ１の偏芯調整を行うようにＸＹステージ７を制御する。その際、調整用レンズ１にはレンズ面に対して前述のごとく調整用レンズ１の外周部１ａとＸＹステージ７のレンズ把持部７ａが一定の隙間をもって嵌合しているため水平方向の駆動力のみ作用して調整が行われる。
【００２４】
調整用レンズ１の偏芯調整の後、レーザ照射ユニット１０は、レーザ照射口１２からレーザ光１３を照射する。そして、レンズ１５，１６を介して拡径されたレーザ光１３は、反射部材１１の上端の円錐面（変換手段）及びレンズ保持枠１４の下部の円錐部（変換手段）で夫々反射し、さらに集光レンズ１７を介して調整用レンズ１の座面１ｂとレンズ枠２の座面２ｂの境界部に集光する。レーザ光１３が、調整用レンズ１の座面１ｂとレンズ枠２の座面２ｂの境界部に照射されると、熱可塑性樹脂で構成された調整用レンズ１の座面１ｂ及びレンズ枠２の座面２ｂがレーザ光を吸収し発熱を起こして溶解し、樹脂同士が溶解により溶け合うことで溶着が行われる。
【００２５】
また、調整用レンズ１は、例えばガラス素材で構成されてもよく、その場合は、中間部材として公知の不図示のホットメルトシート等を調整用レンズ１の座面１ｂとレンズ枠２の座面２ｂとの間に介在させ、該ホットメルトシートにレーザ光を吸収発熱させて両者を固着してもよい。
【００２６】
図４は、図１におけるセンサ１８上に投影された図３のチャートパターンＰｘ，Ｐｙの投影像を示す平面図である。
【００２７】
図４において、センサ１８上には、図３におけるチャートパターンＰｘ，Ｐｙのチャート像Ｐ１，Ｐ２が結像される。図１における画像処理装置２０は、センサ１８にて得られる光強度分布を取り込み、チャート像Ｐ１の測定ポイントＳ１におけるＹ方向の照度分布、及びチャート像Ｐ２の測定ポイントＳ２におけるＸ方向の照度分布を算出し、算出に基づいて調整用レンズ１の偏芯調整するための移動量を決定する（図５及び図６）。
【００２８】
図５は、図４におけるチャート像Ｐ１の測定ポイントＳ１のＹ方向照度分布を説明する図であり、調整開始時点の場合を示す。
【００２９】
図５において、調整用レンズ１の偏芯成分により、照度分布は、Ｙ軸方向プラス側に相対的に大きなフレアが発生して左右対称形状とならない。この照度分布を左右対称形状とするために、調整用レンズ１の偏芯調整を行う。
【００３０】
ここで、偏芯調整開始時点における照度のピーク位置から右側スライスレベルまでの右フレアＦＲ１の幅をＷＲ１、同左側スライスレベルまでの左フレアＦＬ１の幅をＷＬ１とし、制御装置２１からの指令により、ＸＹステージ７は、調整用レンズ１を右フレアＦＲ１が減少する方向に任意の量δ１だけ偏芯させ、再度、チャート像Ｐ１の測定ポイントＳ１におけるＹ方向照度分布を測定する。
【００３１】
図６は、図４におけるチャート像Ｐ１の測定ポイントＳ１のＹ方向照度分布を説明する図であり、δ１の偏芯調整完了後の場合を示す。
【００３２】
図６において、偏芯調整中の照度のピーク位置からスライスレベルまでのフレアの幅を左右それぞれＷＬ２，ＷＲ２とし、調整用レンズ１を上述δ１だけ偏芯させたときに、上述の左右のフレア幅の差の減少率が線形性を持っていると仮定すると、次に調整するべき偏芯量δ２は、以下の式により求められる。
【００３３】
δ２＝δ１＊（ＷＲ２−ＷＬ２）／｛（ＷＲ１−ＷＬ１）−（ＷＲ２−ＷＬ２）｝
また、この際、最初に調整用レンズ１を移動させる偏芯量と移動方向は、調整用レンズ１をある方向に一定量偏芯させた時に発生するフレア量とその発生方向の関係を数値データとして予め記憶させておき、調整時に最初に確認されたフレア量とその発生方向に応じてその補正をするための調整用レンズ１の偏芯方向と偏芯量の条件を前記した記憶させてある数値データから演算して与えてやるのがより早く調整を収束させるために有効である。
【００３４】
これにより、制御装置２１からの制御信号に応じて上記式から求められた必要偏芯量δ２だけさらにＸＹステージが駆動制御されて、調整用レンズ１の偏芯調整が行われる。
【００３５】
そして、再度チャート像Ｐ１の測定ポイントＳ１におけるＹ方向の照度分布が測定され、規定のフレア差以内にフレアが収まっているかを確認し、規定値内に収まっていればそこで調整を完了する。ここでもし、規定値内にフレア差が収まらなかった場合には前述と同様に、照度のピーク位置からスライスレベルまでのフレアの幅を今度は左右それぞれＷＬ３，ＷＲ３とし上述と同じ式を適用して次の偏芯調整量δ３を下記の式により求める。
【００３６】
δ３＝δ２＊（ＷＲ３−ＷＬ３）／｛（ＷＲ２−ＷＬ２）−（ＷＲ３−ＷＬ３）｝
そして、前述と同様に、制御装置２１からの制御信号により上記式から求められた必要偏芯量δ３だけさらにＸＹステージが駆動制御され調整用レンズ１を偏芯させることで調整用レンズ１の偏芯調整が行われる。そして、規定値内にフレア差が収束するまでこの作業が継続され、規定値内に収まったところで調整作業が終了する。
【００３７】
上記説明においては、Ｙ方向の偏芯について述べたが、Ｘ方向についても、チャート像Ｐ２の測定ポイントＳ２におけるＸ方向の照度分布を元にＸ方向の偏芯量の測定及び調整がＹ方向の調整と同時に行われることは、上述の通りである。
【００３８】
調整用レンズ１の偏芯調整が完了すると、次に、制御装置２１は、レーザ照射ユニット１０にレーザ照射の指令信号を発し、前述の通りレーザ光線が調整用レンズ１の外周部に照射され、調整用レンズ１とレンズ枠２との溶着固定が行われる。
【００３９】
本実施の形態によれば、調整用レンズ１を組み込む工程及び偏芯調整工程、そしてレーザ照射によるレンズの溶着固定の工程は、本発明の固定装置の中で行われるので、従来のように、調整工程後、次の工程に場所を変更して、紫外線硬化型接着剤を塗布し、紫外線照射を行い固定するような複数の工程を必要とせず、さらに、レーザ光溶着によりレンズを固定するので、短時間にレンズの固定を行うことが出来る。
【００４０】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るレンズ固定装置の構成を概略的に示す図である。
【００４１】
本第２の実施の形態は、その構成が上記第１の実施の形態と基本的に同じであり、同じ構成要素については同一の符号を付して重複した説明を省略し、以下に、異なるもののみ説明する。
【００４２】
本実施の形態は、調整用レンズ１を偏芯調整する手段の構成が第１の実施の形態のＸＹステージ７と異なる。
【００４３】
図７において、レンズ固定装置１００は、架台５の上に互いに離間又は接近すべく水平移動自在に取り付けられたＸ方向及びＹ方向夫々一対のモータ保持部材２３を備える。各モータ保持部材２３にはモータ２２が取り付けられ、モータ２２の出力軸には、モータ２２の出力軸の回転に伴って軸方向に進退する（図１の矢印Ｄ，Ｅ）レンズ押圧部材２４が取り付けられている。さらに、レンズ固定装置１００は、調整用レンズ１をレンズ枠２に組み込むレンズ組込用把持装置２５を備える（図８）。
【００４４】
以下、図７のレンズ固定装置の動作を図７及び図８を参照しながら説明する。
【００４５】
図８において、不図示の自動組込み装置又は組み立てを行う作業者が、レンズ３を支承した状態のレンズ枠２がその外周部２ａにおいて架台５の保持部５ａに嵌合保持されるようにレンズ枠２を架台５に組み込む。続いて、レンズ組込み用把持装置２５が調整用レンズ１を縁部２ｃ内に嵌合するようにレンズ枠２に組み込む。このとき、モータ２２を保持するモータ保持部材２３は、該組込み作業を阻害しないように架台５上を水平方向に離間（退避）した状態にある。調整用レンズ１がレンズ枠２に組み込まれ、レンズ組込み用把持装置２５が退避した後、モータ保持部材２３が図７に示す調整待機位置まで移動する。そして、図７において、レンズ押圧部材２４の先端部２４ａが調整用レンズ１の外周上部１ｃを斜め方向に押圧し、調整用レンズ１の偏芯調整を行う。このとき、調整用レンズ１は斜め方向の押圧力の分力によりその座面１ｂがレンズ枠２の座面２ｂに対して押し付けられ、レンズの浮きや傾きを生ずることなく偏芯調整を行うことができる。そして、偏芯調整及びレーザ光照射による溶着が第１の実施の形態と同じように行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレンズ固定装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のレンズ固定装置の動作を説明する図である。
【図３】図１におけるチャートの平面図である。
【図４】図１におけるセンサ上に投影された図３のチャートパターンの投影像を示す平面図である。
【図５】図４におけるチャート像の測定ポイントのＹ方向照度分布を説明する図であり、調整開始時点の場合を示す。
【図６】図４におけるチャート像の測定ポイントのＹ方向照度分布を説明する図であり、δ１の偏芯調整完了後の場合を示す。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るレンズ固定装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】図７のレンズ固定装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  調整用レンズ
２  レンズ枠
５  架台
７  ＸＹステージ
８  光源
１０  レーザ照射ユニット
１３  レーザ光
１８  センサ
２０  画像処理装置
２１  制御装置
１００  レンズ固定装置
【図１】
2006308986.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006308986.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006308986.tif 000009
【図８】
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