(57)【要約】【課題】光学ユニットのレンズ等光学部材の接着固定において、ミクロン単位の組立位置精度を保証し、かつ、耐環境性を向上させる。【解決手段】光学素子を搭載するガラス基板１をスペーサ２に接着固定する接着固定部は、高弾性接着剤３からなる第１の接着部と、低弾性接着剤４からなる第２の接着部を有する。高弾性接着剤３はガラス基板１の４隅をミクロン単位の精度で位置決め固定し、低弾性接着剤４は高弾性接着剤３の外側を封止して水分の侵入を防ぎ、かつ、接着剤の硬化収縮や熱歪による内部応力を低減する。【選択図】　　　図１
2004133073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機能を有する光学部材と、前記光学部材を保持する保持手段と、前記光学部材を前記保持手段に接着固定するための複数の接着部を有する接着固定手段とを備えており、
前記複数の接着部に、それぞれ異なる弾性率を有する接着剤を用いたことを特徴とする光学部材の固定構造。
【請求項２】
第１の接着部に用いられた高弾性接着剤によって保持手段に対する光学部材の位置決め固定を行い、第２の接着部に用いられた低弾性接着剤によって前記保持手段と前記光学部材の隙間を充填することを特徴とする請求項１記載の光学部材の固定構造。
【請求項３】
高弾性接着剤は、１，０００ＭＰａ以上の弾性率を有し、低弾性接着剤は１０ＭＰａ以下の弾性率を有することを特徴とする請求項２記載の光学部材の固定構造。
【請求項４】
低弾性接着剤によって光学部材と保持手段の隙間を封止することを特徴とする請求項２または３記載の光学部材の固定構造。
【請求項５】
第１の接着部は、第２の接着部の１／２以下の接着面積を有することを特徴とする請求項２ないし４いずれか１項記載の光学部材の固定構造。
【請求項６】
光学部材がレンズであり、保持手段がスペーサであることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の光学部材の固定構造。
【請求項７】
高弾性接着剤および低弾性接着剤が、それぞれ光硬化型接着剤であることを特徴とする請求項２ないし６いずれか１記載の光学部材の固定構造。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１項記載の光学部材の固定構造と、前記光学部材の固定構造を支持する支持部とを備えたことを特徴とする光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話内蔵カメラなどに用いられる小型で精密な光学ユニットにおいて、レンズやプリズム等の光学部材をユニット支持体やスペーサに精度よく安定して固定するための光学部材の固定構造、および光学ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にレンズやプリズム等の光学部材および各種センサ等の電子部材を搭載した光学ユニットにおいては、ホルダ等の支持体や部材固定用のスペーサ、保持枠等に対してレンズ等の光学部材が接着によって固定保持されており、このための接着剤としては、生産性向上のために短時間で硬化するアクリル系やエポキシ系の紫外線硬化型接着剤等が多く用いられている。
【０００３】
これらの接着剤を用いて、光学部材をミクロン単位で高精度に固定する固定方法として、これまでに幾つか開示されている。そのうちの一つに、接着剤中に接着剤の弾性定数以下である伸縮性を有するスペーサを混入させることによって、ガラスと樹脂を接着する場合のように熱膨張係数が異なる２つの部材間の熱膨張の差をこの接着剤により緩和し、反りや剥がれなどを生じにくい固定構造を実現するものがある。
【０００４】
また、特開平１０−０９０５７６号公報には、光学部材をホルダの一面に接着固定する光学部材の固定構造において、ホルダの一面に複数の溝を形成し、これらの溝によって画成された光学部材よりも小さい部分のみに光学部材を接着固定する方法などが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、製品装置の小型化・高性能化に伴い光学ユニットにおけるレンズ等光学部材の固定構造に対する要求特性も単なる接着固定から、ミクロン単位での寸法変化を起こさない高精度で安定した固定構造が要求されており、従来のアクリル系やエポキシ系に代表される紫外線硬化型接着剤による接合や固定では、接着剤硬化物に特有の収縮特性により、数十ミクロン単位で位置ずれが発生し、精密な光学ユニットの光学性能を損なうことがある。
【０００６】
また、前述のように、光学ユニットを接着剤により高精度に固定するために、接着剤中に接着剤の弾性定数以下である伸縮性を有するスペーサを混入させる手法が知られているが、この方式ではある程度均一に接着剤中に微粒子が分散していることが条件であり、低粘度の接着剤の場合は、微粒子が長期間沈降せずに安定して分散可能か否か不明であり、さらに、スペーサ径よりも接着剤層が厚い場合、接着剤硬化物の熱履歴により接合位置精度が影響される可能性がある。
【０００７】
また、前述の特開平１０−０９０５７６号公報に記載されたようなホルダの一面に複数の溝が形成され、該一面内においてこれらの溝によって画成された光学部材よりも小さい部分のみに光学部材を接着固定する方法では、光学部材の表面に複数の溝を形成する加工工程が必要であり、このためのコストアップや被着体形状が制限される等の問題がある。
【０００８】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、組立時に接着剤と被着体界面に発生する接着剤の硬化収縮に起因する内部応力による位置ずれ等を低減するとともに、温度環境変化による反りや剥がれ等を起こしにくい接着構成を用いることによって、組立後の光学ユニットが温度環境変化に晒されてもミクロン単位の精度を維持することを可能にする光学部材の固定構造、および光学ユニットを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学部材の固定構造は、光学機能を有する光学部材と、前記光学部材を保持する保持手段と、前記光学部材を前記保持手段に接着固定するための複数の接着部を有する接着固定手段とを備えており、前記複数の接着部に、それぞれ異なる弾性率を有する接着剤を用いたことを特徴とする。
【００１０】
第１の接着部に用いられた高弾性接着剤によって保持手段に対する光学部材の位置決め固定を行い、第２の接着部に用いられた低弾性接着剤によって前記保持手段と前記光学部材の隙間を充填するとよい。
【００１１】
高弾性接着剤は、１，０００ＭＰａ以上の弾性率を有し、低弾性接着剤は１０ＭＰａ以下の弾性率を有するとよい。
【００１２】
低弾性接着剤によって光学部材と保持手段の隙間を封止するとよい。
【００１３】
第１の接着部は、第２の接着部の１／２以下の接着面積を有するとよい。
【００１４】
光学部材がレンズであり、保持手段がスペーサであるとよい。
【００１５】
本発明の光学ユニットは、上記光学部材の固定構造と、前記光学部材の固定構造を支持する支持部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
【作用】
レンズ等の光学部材とセンサ等を有する光学ユニットの組立において、光学部材をスペーサ等の保持手段に接合するために、弾性率の異なる少なくとも２つの接着剤を用いることで、高弾性率を有する接着剤によって光学部材の位置決め固定を行う一方で、接着剤の硬化収縮に伴う位置ずれや光学部材のスペーサの熱膨張の差に起因する熱歪等を、低弾性率を有する接着剤によって吸収し、接着固定部の内部応力を低減する。
【００１７】
加えて、低弾性接着剤によって接着固定部を封止する構成であれば、光学ユニット内に水分が侵入するのを防ぐことができる。
【００１８】
このようにして、接着固定部における光学部材の位置精度をサブミクロン単位で保証し、かつ耐環境性を向上させることで、高性能でしかも長寿命である光学ユニットを実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は一実施の形態による光学部材の固定構造を示すもので、これは、レンズ等の光学機能を有する光学部材を構成する石英ガラス等のガラス基板１を、保持手段である樹脂製の枠状のスペーサ２の上に、弾性率の異なる少なくとも２つの接着剤すなわち、第１の接着部の高弾性接着剤３および第２の接着部の低弾性接着剤４を用いて接着した光学ユニットの一部分である。
【００２１】
このように、ガラス基板１とスペーサ２を接着によって組立固定する接着固定手段（接着固定部）は、高弾性接着剤３と低弾性接着剤４の２種類、あるいはそれ以上の弾性率の異なる接着剤による複数の接着部を有し、接着による組立工程で接着剤の硬化収縮に伴う内部応力の発生を効果的に低減し、高い位置精度を保証する。また、組立後の光学ユニットの固定構造が温度環境の変化に起因する熱歪等によって大きく影響を受けることなく、光学ユニット内のガラス基板１は、例えば、スペーサ２の下面を支持する光学ユニットの支持部に対してサブミクロン単位の位置精度を保つことができる。
【００２２】
高弾性接着剤３としては、１，０００ＭＰａ以上の高弾性率を有するものが望ましく、また低弾性接着剤４としては、高弾性接着剤３に比して１０ＭＰａ以下の低弾性率を有するものがよい。
【００２３】
また、高弾性接着剤３を組立の固定用とし、低弾性接着剤４をガラス基板１の下面に搭載される光学素子の封止剤として用いるとよい。
【００２４】
高弾性接着剤３の接着面積は、低弾性接着剤４の接着面積の１／２以下であるのが望ましい。
【００２５】
また、レンズ等の光学素子を搭載するガラス基板１とセンサ等の距離合わせを高弾性接着剤３でＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に三次元的に行い、その後に低弾性接着剤４で高弾性接着剤３の周囲を封止するとよい。
【００２６】
接着工程においては、ガラス基板１の接着面を以下のシランカップリング剤またはチタンカップリング剤によって表面処理するのが望ましい。
【００２７】
シランカップリング剤としては、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、トリイソプロポキシシラン、トリブトキシシラン、トリオクチロキシシラン、メチルジメトキシシラン、エチルジメトキシシラン、メチルジオクチロキシシラン、ジメチルメトキシシラン、ジメチルオクチロキシシランなどが挙げられる。
【００２８】
さらにチタンカップリング剤としては、テトラメトキシチタネート、テトラエトキシチタネート、テトラプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリオクタイノルチタネート、ジクミルフェニルオキシアセテートチタネートなどが挙げられる。
【００２９】
このように、光学ユニットの接着固定部の固定精度は高弾性接着剤３により保証され、光学ユニット内に進入する湿気防止については低弾性接着剤４による封止構造により保証される。その結果、光学ユニットの接着固定部における反りや剥がれ、位置ずれ等を効果的に防ぎ、また、低弾性接着剤４による封止によって湿度変化に伴うレンズの曇り等を防ぎ、光学ユニットの必要性能を長期間にわたり維持することができる。
【００３０】
次に実施例を説明する。
【００３１】
（実施例１）
ガラス基板１としては石英ガラス基板を用い、樹脂製のスペーサ２としては液晶ポリマー（クラスターテクノロジー社製）を用いる。
【００３２】
また、高弾性接着剤３、低弾性接着剤４としては、末尾の表１に示すようにそれぞれ弾性率は４，２００ＭＰａ、１．３１ＭＰａ、硬化収縮率は１．４０％、０．５８％の光硬化型接着剤であるエポキシ系の紫外線硬化型接着剤を用いた。
【００３３】
次に接着剤の塗布方法について、以下に述べる。
【００３４】
接着剤を塗布する前の洗浄工程では、ガラス基板１、スペーサ２の洗浄作業に有機溶剤を用いた。有機溶剤としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いた。そして、図２に示すように、ガラス基板１と樹脂製のスペーサ２の表面に付着しているゴミや油分などを除去するため、前記ＩＰＡで満たした超音波洗浄容器５１に入れて、ガラス基板１、スペーサ２の表面の洗浄を約５分間行った。
【００３５】
次に洗浄、乾燥を行い、ガラス基板１、液晶ポリマー製のスペーサ２を接着工程に移す。
【００３６】
（１）高弾性接着剤塗布・硬化工程
図３に示すように、高弾性接着剤をディスペンサー用シリンジ５２に注入し、注入後、スペーサ２の上面に前記シリンジ５２を用いて、所望の接着剤量（直径：１．２ｍｍ、厚み：１５０μｍ）になるようにスポット状に塗布する。塗布位置は図５に破線で示すようにスペーサ２の四隅である。
【００３７】
高弾性接着剤３を塗布した後、ガラス基板１をスペーサ２に貼り合わせて、図４に示すようにスポットＵＶ照射装置ファイバー（ＥＸ２５０Ｔ）５３を用いて、接着部に４８，０００ｍＪ／ｃｍ２　照射し、高弾性接着剤３が完全に硬化するまで、放置する。
【００３８】
ここで、前記接着剤が完全に硬化する時間とは、熱重量分析法（ＴＧＡ）を用い、前記接着剤の重量変化が全くなくなるまでの時間とした。
【００３９】
（２）低弾性接着剤塗布・硬化工程
図６に示すように低弾性接着剤をディスペンサー用シリンジ５２に注入し、スペーサ２の表面にライン状に所望の接着剤量（ライン幅：１．０ｍｍ、厚み：１５０μｍ）になるように低弾性接着剤４を塗布する。塗布された低弾性接着剤４は、図６〜８に示すようにガラス基板１とスペーサ２の隙間に充填される。
【００４０】
図７に示すように前述のスポットＵＶ照射装置ファイバー（ＥＸ２５０Ｔ）５３を用い、接着部に４８，０００ｍＪ／ｃｍ２　照射し、前記接着剤が完全に硬化するまで、放置する。
【００４１】
ここで、接着剤が完全に硬化する時間とは、高弾性接着剤の時と同様、ＴＧＡを用いて測定し、接着剤の重量変化が全くなくなるまでの時間とした。
【００４２】
このように２つの弾性率の異なる接着剤で固定した光学ユニットを製品に組み込んだ後、製品環境耐久試験の一つである温度変化による光学ユニットの接着固定部の寸法変化について、ＴＭＡ装置により測定を行った。測定結果は、末尾の表２に示すように、温度衝撃試験後の位置ずれは０．９８μｍであり、さらに固定後の歪みもニュートンリング１本であり、光学ユニットの性能をほとんど損なうことのない安定した接着固定構造であることがわかった。
【００４３】
（比較例１）
比較のために、実施例１の固定構造に対して、図９に示すように、ガラス基板１０１をスペーサ１０２に接着固定する接着剤が高弾性接着剤１０３のみの光学ユニットを製作した。
【００４４】
ガラス基板１０１は実施例１と同様に平板状の石英ガラス基板であり、スペーサ１０２は、樹脂製のスペーサであり、液晶ポリマー（クラスターテクノロジー社製）を使用する。
【００４５】
高弾性接着剤１０３は、末尾の表１に示すように弾性率は４，２００ＭＰａ、硬化収縮率は１．４０％のエポキシ系の紫外線硬化型接着剤を用いた。
【００４６】
接着剤の塗布方法は以下の通りである。
【００４７】
接着剤を塗布する前の洗浄工程では、ガラス基板１０１、樹脂製スペーサ１０２の洗浄作業に有機溶剤を用いた。有機溶剤としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いた。そして、ガラス基板１０１と樹脂製のスペーサ１０２の表面に付着しているゴミや油分などを除去するため、前記ＩＰＡで満たした超音波洗浄容器に入れて、ガラス基板１０１、スペーサ１０２の表面の洗浄を約５分間行った。
【００４８】
次に洗浄、乾燥を行い、ガラス基板１０１、液晶ポリマー製のスペーサ１０２を接着工程に移す。
【００４９】
（１）高弾性接着剤塗布・硬化工程
高弾性接着剤をディスペンサー用シリンジに注入し、注入後、スペーサ１０２の上面に前記シリンジを用いて、所望の接着剤量（ライン幅：１．０ｍｍ、厚み：１５０μｍ）になるようにライン状に塗布する。塗布位置は図９に示すようにスペーサ１０２の上端縁に沿ってライン状に塗布される。
【００５０】
高弾性接着剤１０３を塗布した後、スポットＵＶ照射装置ファイバー（ＥＸ２５０Ｔ）を用いて、接着部に４８，０００ｍＪ／ｃｍ２　照射し、高弾性接着剤１０３が完全に硬化するまで、放置する。
【００５１】
ここで、前記接着剤が完全に硬化する時間とは、熱重量分析法（ＴＧＡ）を用い、前記接着剤の重量変化が全くなくなるまでの時間とした。
【００５２】
このように高弾性接着剤１０３のみで固定した光学ユニットを製品に組み込んだ後、製品環境耐久試験の一つである温度変化による光学ユニットの接着固定部の寸法変化について、ＴＭＡ装置により測定を行った。測定結果は、末尾の表２に示すように、温度衝撃試験後の位置ずれは２．５０μｍであり、さらに固定後の歪みもニュートンリング３本であり、光学ユニットの性能を損なってしまい、本来の光学性能を発揮することができなかった。
【００５３】
（比較例２）
比較例１の光学ユニットにおいて、高弾性接着剤１０３の替わりに低弾性接着剤１０４のみを用いた。
【００５４】
低弾性接着剤１０４は、末尾の表１に示すように弾性率は１．３１ＭＰａ、硬化収縮率は０．５８％のエポキシ系の紫外線硬化型接着剤を用いた。
【００５５】
接着剤の塗布方法は以下の通りである。
【００５６】
接着剤を塗布する前の洗浄工程では、ガラス基板１０１、樹脂製のスペーサ１０２の洗浄作業に有機溶剤を用いた。有機溶剤としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いた。そして、ガラス基板１０１と樹脂製のスペーサ１０２の表面に付着しているゴミや油分などを除去するため、前記ＩＰＡで満たした超音波洗浄容器に入れて、ガラス基板１０１、スペーサ１０２の表面の洗浄を約５分間行った。
【００５７】
次に洗浄、乾燥を行い、ガラス基板１０１、液晶ポリマー製のスペーサ１０２を接着工程に移す。
【００５８】
（１）低弾性接着剤塗布・硬化工程
低弾性接着剤をディスペンサー用シリンジに注入し、注入後、スペーサ１０２の上面に前記シリンジを用いて、所望の接着剤量（ライン幅：１．０ｍｍ、厚み：１５０μｍ）になるように塗布する。塗布位置はスペーサ１０２の上端縁に沿ってライン状に塗布される。
【００５９】
低弾性接着剤１０４を塗布した後、スポットＵＶ照射装置ファイバー（ＥＸ２５０Ｔ）を用いて、接着部に４８，０００ｍＪ／ｃｍ２　照射し、低弾性接着剤１０４が完全に硬化するまで、放置する。
【００６０】
ここで、前記接着剤が完全に硬化する時間とは、熱重量分析法（ＴＧＡ）を用い、前記接着剤の重量変化が全くなくなるまでの時間とした。
【００６１】
低弾性接着剤１０４のみで固定した光学ユニットを製品に組み込んだ後、製品環境耐久試験の一つである温度変化による光学ユニットの接着接合部の寸法変化について、ＴＭＡ装置により測定を行った。測定結果は、末尾の表２に示すように、温度衝撃試験後の位置ずれは５．２３μｍであり、光学ユニットの性能を損なってしまい、本来の光学性能を発揮することができなかった。
【００６２】
【表１】
2004133073.tif 000003
【００６３】
【表２】
2004133073.tif 000004
【００６４】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００６５】
光学ユニットの組立において、レンズ等光学部材の固定用として高弾性接着剤を使用し、その周囲を低弾性接着剤で充填することにより、接着剤の硬化収縮による位置ずれや接着硬化後の熱歪等によって被着体界面に発生する内部応力を低減する。
【００６６】
これによって、レンズのピントずれ等のない極めて高精度な光学ユニットの組立が可能であり、しかも、温度環境変化による収縮等を防ぐことができ、光学部材が温度環境変化を受けずにミクロン単位あるいはサブミクロン単位の位置精度を維持する高性能な光学ユニットを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態による光学ユニットを示すものであり、（ａ）はその模式断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】光学部材の表面洗浄用の超音波洗浄装置を説明する図である。
【図３】シリンジにより高弾性接着剤を塗布する工程を示す図である。
【図４】スポットＵＶ照射装置により高弾性接着剤を硬化させる工程を示す図である。
【図５】高弾性接着剤を硬化させた後、光学ユニットを上部から眺めた図である。
【図６】シリンジにより低弾性接着剤を塗布する工程を示す図である。
【図７】スポットＵＶ照射装置により低弾性接着剤を硬化させる工程を示す図である。
【図８】低弾性接着剤を硬化させた後、光学ユニットを上部から眺めた図である。
【図９】比較例を説明するもので、（ａ）はその模式断面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１　　ガラス基板
２　　スペーサ
３　　高弾性接着剤
４　　低弾性接着剤
５１　　超音波洗浄容器
５２　　ディスペンサー用シリンジ
５３　　スポットＵＶ照射装置ファイバー
【図１】
2004133073.tif 000005
【図２】
2004133073.tif 000006
【図３】
2004133073.tif 000007
【図４】
2004133073.tif 000008
【図５】
2004133073.tif 000009
【図６】
2004133073.tif 000010
【図７】
2004133073.tif 000011
【図８】
2004133073.tif 000012
【図９】
2004133073.tif 000013