(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、筒状の空洞部内に前記レンズを保持する保持部材と、を備えた光学装置であって、
前記レンズの外周には、前記レンズの外径部と、前記外径部よりも前記保持部材との間の前記レンズの径方向の間隔が広がるように形成した凹部と、が周方向に複数形成され、
前記空洞部内に設けられた前記レンズの前記凹部と前記保持部材の内周面とが接着剤部を介して接着固定され、
前記周方向に隣接した複数の前記接着剤部の各々における前記レンズの前記凹部から前記保持部材の前記内周面までの径方向長さの最大値が、前記周方向に隣接した複数の前記接着剤部の全てにおいて等しく、
前記空洞部内に設けられた前記レンズの前記外径部と前記保持部材の前記内周面との間に隙間が設けられた光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学装置であって、
前記凹部は、前記凹部と前記外径部との境界の両端を結ぶ直線状である、光学装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学装置であって、
前記凹部は、前記凹部と前記外径部との境界の両端を結ぶ、前記レンズの光軸側に湾曲した曲線状である、光学装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学装置であって、
前記凹部は、前記凹部と前記外径部との境界の両端を結ぶ、前記レンズの光軸側に窪んだ凹状である、光学装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学装置であって、
前記外径部は、前記保持部材の前記内周面の周方向形状に相似した円弧状である、光学装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学装置であって、
前記外径部は、直線状である、光学装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光学装置であって、
前記周方向に隣接した複数の前記接着剤部の各々における前記レンズの光軸に直角な断面の面積が、前記周方向に隣接した複数の前記接着剤部の全てにおいて等しい、光学装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光学装置であって、
前記レンズと前記保持部材を接着する接着剤の硬化後のヤング率は前記レンズ及び前記保持部材よりも低い、光学装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の光学装置であって、
前記レンズの外周には、前記凹部と前記外径部とが前記周方向に交互に並び、複数の前記凹部が前記レンズの光軸を中心に前記周方向に等間隔で配列された、光学装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光学装置であって、
前記レンズの外周には、前記凹部が４つ形成される、光学装置。
【請求項１１】
保持部材が有する筒状の空洞部内にレンズを保持する光学装置の組立方法であって、
前記保持部材を所定の基準位置に設置して固定する保持部材固定ステップと、
前記レンズの外径部と、前記外径部よりも前記保持部材との間の前記レンズの径方向の間隔が広がるように形成した凹部と、が周方向に複数形成された前記レンズを前記保持部材の前記空洞部内に挿入するレンズ挿入ステップと、
前記レンズの外周に設けられた複数の前記凹部から前記保持部材の内周面までの各径方向距離が等しくなるように、且つ前記レンズの前記外径部と前記保持部材の前記内周面との間に隙間が設けられるように、前記保持部材に対する前記レンズの位置を調整するレンズ位置調整ステップと、
前記レンズ位置調整ステップで調整した前記保持部材に対する前記レンズの位置を固定したまま前記凹部と前記保持部材の内周面との間に接着剤を供給し、前記レンズと前記保持部材を接着する接着ステップと、を有する光学装置の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ及びレンズの保持部材を備えた光学装置及びその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ用レンズやプロジェクタ用レンズは、これらを保持するバレルに取り付けられる。特許文献１に記載されたレンズの取付構造では、取付後のレンズの中心のズレを抑えるために、正多角形の孔が設けられた筒状部が用いられ、レンズの外周縁部がこの孔の面部で形成される辺部に圧入され、レンズの中心が辺部によって位置決めされる。また、特許文献２に記載された光学素子の保持装置では、温度変化及び姿勢変化に対して安定した光学性能を維持できるよう、熱膨張係数及び寸法が予め設定された鏡筒や第１の部材、第２の部材の部材によって光学素子が保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３３６９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−９７０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レンズ及びレンズの保持部材を備えた光学装置では、構成部品間の熱膨張係数の違いや不均一さのために、温度変化に伴って各構成部品の膨張量に差が生じる。その結果、レンズの偏心が発生してしまう。特許文献１に記載されたレンズの取付構造では、温度変化によってレンズと筒状部とに間に膨張量の差が生じると考えられるため、レンズの偏心を防止することができない。また、特許文献２に記載された光学素子の保持構造では、温度変化による異なる部品の変位量が一致するように熱膨張係数及び寸法が予め設定されているが、この設定によって光学素子を安定して保持するためには鏡筒の他に第１の部材及び第２の部材が必要であるため、部品点数が増加してしまう。また、第１の部材や第２の部材を鏡筒に係合するための構成が必要であるため、鏡筒のサイズも大型化してしまう。このため、温度変化に伴うレンズの偏心を簡単な構成で抑制可能な光学装置が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、温度変化に伴うレンズの偏心を簡単な構成で抑制可能な光学装置およびその組立方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の光学装置は、レンズと、筒状の空洞部内に上記レンズを保持する保持部材と、を備えた光学装置であって、上記レンズの外周には、上記レンズの外径部と、上記外径部よりも上記保持部材との間の上記レンズの径方向の間隔が広がるように形成した凹部と、が周方向に複数形成され、上記空洞部内に設けられた上記レンズの上記凹部と上記保持部材の内周面とが接着剤部を介して接着固定され、上記周方向に隣接した複数の上記接着剤部の各々における上記レンズの上記凹部から上記保持部材の上記内周面までの径方向長さの最大値が、上記周方向に隣接した複数の上記接着剤部の全てにおいて等しく、上記空洞部内に設けられた上記レンズの上記外径部と上記保持部材の上記内周面との間に隙間が設けられている。
【０００７】
本発明の一態様の光学装置の組立方法は、レンズと、筒状の空洞部内に上記レンズを保持する保持部材と、を備えた光学装置の組立方法であって、上記保持部材を所定の基準位置に設置して固定する保持部材固定ステップと、上記レンズの外径部と、上記外径部よりも上記保持部材との間の上記レンズの径方向の間隔が広がるように形成した凹部と、が周方向に複数形成された上記レンズを上記保持部材の上記空洞部内に挿入するレンズ挿入ステップと、上記レンズの外周に設けられた複数の上記凹部から上記保持部材の内周面までの各径方向距離が等しくなるように、且つ上記レンズの上記外径部と上記保持部材の上記内周面との間に隙間が設けられるように、上記保持部材に対する上記レンズの位置を調整するレンズ位置調整ステップと、上記レンズ位置調整ステップで調整した上記保持部材に対する上記レンズの位置を固定したまま上記凹部と上記保持部材の内周面との間に接着剤を供給し、上記レンズと上記保持部材を接着する接着ステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度変化に伴うレンズの偏心を簡単な構成で抑制可能な光学装置及びその組立方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る一実施形態の光学装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した光学装置を開口側から見た正面図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】一実施形態の光学装置の組立方法における工程を模式的に示す図である。
【図５】一実施形態の光学装置の組立方法における工程を模式的に示す図である。
【図６】一実施形態の光学装置の組立方法における工程を模式的に示す図である。
【図７】光学装置を開口側から見た他の例の正面図である。
【図８】光学装置を開口側から見た他の例の正面図である。
【図９】光学装置を開口側から見た他の例の正面図である。
【図１０】光学装置を開口側から見た他の例の正面図である。
【図１１】光学装置を開口側から見た他の例の正面図である。
【図１２】光学装置を開口側から見た他の例の正面図である。
【図１３】光学装置を開口側から見た他の例の正面図である。
【図１４】他の実施形態の光学装置における図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図１５】レンズに設けられる複数の凹部の配置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る一実施形態の光学装置について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る一実施形態の光学装置の構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した光学装置を開口側から見た正面図である。また、図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００１２】
図１〜図３に示すように、本実施形態の光学装置１０は、レンズ１１と、円筒状の空洞部１２ｈ内にレンズ１１を保持する保持部材としての金属製のバレル１２とを備える。レンズ１１の外周には、レンズ１１の外径を構成する外径部１１ａと、外径部１１ａよりもレンズ１１の光軸側に凹んだ凹部１１ｂとが周方向に形成されており、外径部１１ａと凹部１１ｂとが交互に３つずつ配列されている。外径部１１ａは、空洞部１２ｈを形成するバレル１２の内周面１２ｉの周方向形状に相似した円弧状であり、常温下でのその径長はバレル１２の空洞部１２ｈの径よりも小さい。また、凹部１１ｂは、凹部１１ｂと外径部１１ａとの境界の両端を結ぶ直線状である。なお、凹部１１ｂは、レンズ１１の光軸を中心に周方向に等間隔で配列されている。
【００１３】
レンズ１１は、レンズ１１の光軸がバレル１２の空洞部１２ｈの中心軸と平行になるよう、バレル１２の空洞部１２ｈ内に設けられる。空洞部１２ｈ内に設けられたレンズ１１の各凹部１１ｂとバレル１２の内周面１２ｉとは、接着剤が硬化した接着剤部１３を介して接着固定されている。したがって、図１〜図３に示した例では、レンズ１１は、バレル１２の空洞部１２ｈ内で三点支持されている。
【００１４】
バレル１２の空洞部１２ｈ内には、図２に示すように、レンズ１１の各凹部１１ｂからバレル１２の内周面１２ｉまでの径方向の長さの最大値が、全ての凹部１１ｂにおいて等しくなるよう、レンズ１１が位置決めされる。このため、周方向に隣接した３つの接着剤部１３の各々におけるレンズ１１の凹部１１ｂからバレル１２の内周面１２ｉまでの径方向長さの最大値Ｌｍａｘは、３つの接着剤部１３の全てにおいて等しい。なお、３つの接着剤部１３間における最大値Ｌｍａｘの誤差が、許容するレンズ１１の偏心量（例えば、１０μｍ）未満であれば、最大値Ｌｍａｘは３つの接着剤部１３の全てにおいて等しいとみなす。
【００１５】
また、接着剤部１３は、レンズ１１の光軸に直角な断面の面積が、周方向に隣接した３つの接着剤部１３の全てにおいて等しくなるよう形成される。なお、接着剤部１３の断面積Ｓは、ａ×Ｓを逸脱しない範囲を等しいとみなす。値ａは、接着剤部１３の断面積Ｓのバラつきによって発生するレンズ１１の偏心が許容量を超えない値である。すなわち、値ａは、以下の式（１）によって表される。
ａ＝（ｒ×α×ΔＴ）／（ｒ×α×ΔＴ±ｘ）  …（１）
ｒ：レンズ１１の半径
α：レンズ１１の線膨張係数
ΔＴ：常温と性能を保証する上限温度の差分
ｘ：許容するレンズ１１の偏心量（例えば、１０μｍ）
【００１６】
接着剤部１３を構成する接着剤は、硬化後のヤング率がレンズ１１及びバレル１２の各ヤング率よりも低いものが用いられる。特に、レンズ１１のヤング率よりも低ければ良く、その下限値Ｅｍｉｎは以下の式（２）によって表される。すなわち、下限値Ｅｍｉｎは、レンズ１１の重量によって接着剤部１３が変形して発生する偏心が許容値（例えば、１０μｍ）を超えない値である。
Ｅｍｉｎ＝（Ｌ×Ｗ）／（２×Ｓ×ｘ）  …（２）
Ｌ：レンズ１１の光軸からの放射方向における接着剤部１３の長さ
Ｗ：レンズ１１の重量
Ｓ：接着剤部１３の断面積
ｘ：許容するレンズ１１の偏心量（例えば、１０μｍ）
【００１７】
次に、本実施形態の光学装置の組立方法について、図４〜図６を参照して説明する。
【００１８】
図４に示すように、まず、バレル１２を所定の基準位置に設置して固定した後、真空パッド５１で吸着したレンズ１１をバレル１２の空洞部１２ｈ内に挿入する。次に、レンズ１１の外周に設けられた３つの凹部１１ｂからバレル１２の内周面１２ｉまでの各径方向距離が等しくなるように、バレル１２に対するレンズ１１の位置を調整する。なお、レンズ１１の位置の調整は、バレル１２の開口を撮影するカメラ５２の画像に基づいて行われる。次に、図５に示すように、レンズ１１の凹部１１ｂとバレル１２の内周面１２ｉとの間に接着剤を供給し、接着力及び表面張力等によって凹部１１ｂと内周面１２ｉとの間に粘着された接着剤１３ａに紫外線を照射して接着剤を硬化させることで、接着剤部１３を形成する。最後に、図６に示すように、真空パッド５１による吸着を終了して、光学装置の組み立てを完了する。
【００１９】
以上により、本実施形態では、レンズ１１の外周に、外径部１１ａよりもレンズ１１の光軸側に凹んだ複数の凹部１１ｂが周方向に等間隔で設けられ、各凹部１１ｂとバレル１２の内周面１２ｉとが、接着剤が硬化した接着剤部１３を介して接着固定されている。また、周方向に隣接した複数の接着剤部１３の各々におけるレンズ１１の凹部１１ｂからバレル１２の内周面１２ｉまでの径方向長さの最大値Ｌｍａｘや断面積Ｓは、これら複数の接着剤部１３の全てにおいて等しい。このため、温度変化によってレンズ１１の大きさが変化しても、レンズ１１がバレル１２の内周面１２ｉに当接しないため、レンズ１１には偏心の原因となる力がかからない。また、接着剤部１３を構成する接着剤は、硬化後のヤング率がレンズ１１のヤング率よりも低いものが用いられる。このため、温度上昇に伴うレンズ１１の膨張が複数の接着剤部１３によって均等に吸収されるため、レンズ１１の偏心が抑制される。このように、温度変化に伴うレンズの偏心を抑制可能な光学装置１０を簡単な構成で実現することができる。
【００２０】
また、円弧状に形成されたレンズ１１の外径部１１ａの径長は、常温下ではバレル１２の空洞部１２ｈの径よりも小さい。このため、バレル１２の空洞部１２ｈ内にレンズ１１が設けられた状態において、レンズ１１の外径部１１ａとバレル１２の内周面１２ｉとの間には隙間が設けられる。このため、光学装置１０の組立時に、真空パッド５１で吸着したレンズ１１をバレル１２の空洞部１２ｈ内に容易に挿入して位置合わせすることができる。また、温度上昇に伴いレンズ１１が膨張しても、外径部１１ａがバレル１２の内周面１２ｉに当接しない。
【００２１】
なお、上記説明ではレンズ１１の凹部１１ｂが直線状に形成されているが、図７に示すように、凹部１１ｂがレンズ１１の光軸側に湾曲した曲線状に形成されていても、図８に示すように、凹部１１ｂがレンズ１１の光軸側に窪んだ凹状に形成されていても良い。また、上記説明ではレンズ１１の外径部１１ａが円弧状に形成されているが、図９に示すように、凹部１１ｂと同様に外径部１１ａも直線状に形成されていても良い。
【００２２】
また、上記説明ではレンズ１１の外周に凹部１１ｂが３つ形成されているが、図１０に示すように、レンズ１１の外周に凹部１１ｂが４つ形成されていても良い。凹部１１ｂが４つ形成されたレンズ１１を用いれば、このレンズ１１をバレル１２の空洞部１２ｈ内に挿入して位置合わせを行う際の評価が容易になる。
【００２３】
また、上記説明ではレンズ１１の凹部１１ｂとバレル１２の内周面１２ｉとの間に接着剤部１３を設けたが、図１１に示すように、レンズ１１の外径部１１ａも含むレンズ１１の全外周とバレル１２の内周面１２ｉとの間に接着剤部１３を設けても良い。この場合、温度上昇に伴うレンズ１１の膨張がより均等に吸収される。
【００２４】
また、上記説明ではレンズ１１の各凹部１１ｂとバレル１２の内周面１２ｉとの間に接着剤部１３を１つ設けたが、レンズ１１として射出成形によって製造されるプラスチックレンズが用いられる場合には特に、図１２に示すように、１つの凹部１１ｂに対して接着剤部１３を２つに分けて離して設けても良い。この場合、レンズ１１のゲート１１ｇを避けて接着剤部１３を配置することができる。
【００２５】
また、上記説明ではバレル１２の空洞部１２ｈは円筒状であるが、図１３に示すように、レンズ１１の凹部１１ｂに対向するバレル１２の内周面１２ｉを凹部１１ｂの形状と同様にしても良い。この場合、１つの接着剤部１３の凹部１１ｂから内周面１２ｉまでの長さを一定とすることができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、バレル１２の空洞部１２ｈが円筒状であるため、レンズ１１は接着剤部１３の接着力のみによって保持されているが、図１４に示すように、バレル１２の空洞部１２ｈにレンズ１１の光軸と直角な段部１２ｒを設けても良い。この場合、段部１２ｒには、バレル１２の開口から挿入されたレンズ１１が係合するため、光軸方向のレンズ１１の配置誤差を抑制できる。
【００２７】
また、本実施形態のレンズ１１には、レンズ１１の光軸を中心に複数の凹部１１ｂが周方向に等間隔で配列されているが、上記「等間隔」とは、等角度から２０度の角度差までを許容し、好ましくは１０度以下の角度差をいう。例えば、図１５に示すように、レンズ１１の１箇所において接着剤部１３から力Ｆ１を受け、もう１箇所において接着剤部１３から力Ｆ１と同等の力Ｆ２（｜Ｆ２｜＝｜Ｆ１｜）を受ける。このとき、力Ｆ１，Ｆ２を受ける２箇所の間にかかる力Ｆ３（＝Ｆ１＋Ｆ２）は、レンズ１１における力Ｆ１を受ける箇所の対向箇所から力Ｆ２を受ける箇所までの角度θとすると、以下の式（３）によって表される。
｜Ｆ３｜＝｜Ｆ１｜｛ｓｉｎ２θ＋（１−ｃｏｓ２θ）｝１／２  …（３）
上記「等間隔」とは、「｜Ｆ３｜≦１／２｜Ｆ１｜  …（４）」となる角度θを超えない範囲のずれを許容し、式（３），（４）より２０度≧｜θ｜≧０である。
【００２８】
以上説明したとおり、本明細書に開示された光学装置は、レンズと、筒状の空洞部内に上記レンズを保持する保持部材と、を備えた光学装置であって、上記レンズの外周には、上記レンズの外径部と、上記外径部よりも上記保持部材との間の上記レンズの径方向の間隔が広がるように形成した凹部と、が周方向に複数形成され、上記空洞部内に設けられた上記レンズの上記凹部と上記保持部材の内周面とが接着剤部を介して接着固定され、上記周方向に隣接した複数の上記接着剤部の各々における上記レンズの上記凹部から上記保持部材の上記内周面までの径方向長さの最大値が、上記周方向に隣接した複数の上記接着剤部の全てにおいて等しい。
【００２９】
また、上記凹部は、上記凹部と上記外径部との境界の両端を結ぶ直線状である。
【００３０】
また、上記凹部は、上記凹部と上記外径部との境界の両端を結ぶ、上記レンズの光軸側に湾曲した曲線状である。
【００３１】
また、上記凹部は、上記凹部と上記外径部との境界の両端を結ぶ、上記レンズの光軸側に窪んだ凹状である。
【００３２】
また、上記外径部は、上記保持部材の上記内周面の周方向形状に相似した円弧状である。
【００３３】
また、上記外径部は、直線状である。
【００３４】
また、上記周方向に隣接した複数の上記接着剤部の各々における上記レンズの光軸に直角な断面の面積が、上記周方向に隣接した複数の上記接着剤部の全てにおいて等しい。
【００３５】
また、上記レンズと上記保持部材を接着する接着剤の硬化後のヤング率は上記レンズ及び上記保持部材よりも低い。
【００３６】
また、上記レンズの外周には、上記凹部と上記外径部とが上記周方向に交互に並び、複数の上記凹部が上記レンズの光軸を中心に上記周方向に等間隔で配列される。
【００３７】
また、記レンズの外周には、上記凹部が４つ形成される。
【００３８】
また、上記空洞部内に設けられた上記レンズの上記外径部と上記保持部材の上記内周面との間に隙間が設けられる。
【００３９】
また、本明細書に開示された光学装置の組立方法は、保持部材が有する筒状の空洞部内にレンズを保持する光学装置の組立方法であって、上記保持部材を所定の基準位置に設置して固定する保持部材固定ステップと、上記レンズの外径部と、上記外径部よりも上記保持部材との間の上記レンズの径方向の間隔が広がるように形成した凹部と、が周方向に複数形成された上記レンズを上記保持部材の上記空洞部内に挿入するレンズ挿入ステップと、上記レンズの外周に設けられた複数の上記凹部から上記保持部材の内周面までの各径方向距離が等しくなるように、上記保持部材に対する上記レンズの位置を調整するレンズ位置調整ステップと、上記レンズ位置調整ステップで調整した上記保持部材に対する上記レンズの位置を固定したまま上記凹部と上記保持部材の内周面との間に接着剤を供給し、上記レンズと上記保持部材を接着する接着ステップと、を有する。
【符号の説明】
【００４０】
１０  光学装置
１１  レンズ
１１ａ  外径部
１１ｂ  凹部
１２  バレル
１２ｈ  空洞部
１２ｉ  内周面
１３  接着剤部
１３ａ  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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