(57)【要約】【課題】本発明は、自由曲面形状の光学面を有する光学素子が小さい形状であっても簡単な構造で確実に位置決めして組み立てることのできる光学ユニットを提供する。【解決手段】光学ユニット１０は、開口部（絞り孔１３ａ）が形成された支持部材１３を挟んで２つの光学素子（第１光学素子１１、第２光学素子１２）が一体に固定される。光学素子は、光入射面（第１光入射面１１ａ、第２光入射面１２ａ）と、自由曲面形状に形成されて少なくとも１つの光反射面（第１反射面１１ｂ、第２反射面１１ｂ，１１ｃ）と、これら以外の非光学面１１ｅ，１１ｆ，１２ｅ，１２ｆと、非光学面から突出して形成される少なくとも１つの凸片１１ｇ，１１ｈ，１２ｇ，１２ｈとを有する。凸片１１ｇ，１１ｈ，１２ｇ，１２ｈは、２つの光学素子が互いに固定された後で、切断除去する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が形成された支持部材を挟んで２つの光学素子が一体に固定される光学ユニットにおいて、
前記光学素子は、光入射面と、光反射面と、自由曲面形状に形成されて少なくとも１つの光反射面と、これら以外の非光学面と、前記非光学面から突出して形成される少なくとも１つの凸片とを有し、
前記凸片は、２つの前記光学素子を相対的に位置決めする場合に用いられ、２つの前記光学素子が互いに固定された後で、切断除去されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記開口部は、２つの前記光学素子の間に配置される絞りであることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記光学素子は、射出成形によって形成され、合成樹脂を注入するゲートが少なくとも１つの前記凸片に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記光学素子は、射出成形によって形成され、前記凸片は、前記光学素子を金型から外すエジェクタピンを受けることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項５】
少なくとも一方の前記光学素子の前記凸片には、他方の前記光学素子の前記凸片に向かって近接するボスが設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項６】
２つの前記光学素子が相対位置決めされた状態で、一方の前記光学素子の前記凸片と他方の前記光学素子の前記凸片とは、前記開口部を通る光軸と平行な同一平面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項７】
２つの前記光学素子と相対位置決めされた状態で、一方の前記光学素子の前記凸片と他方の前記光学素子の前記凸片とは、２つの前記光学素子が並ぶ方向に沿う平面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記凸片は、２つの前記光学素子を相対位置決めする位置決め治具と当接する基準面をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項９】
物体からの光束が第１光入射面から入射されて自由曲面形状の少なくとも１つの第１光反射面で前記光束を反射した後で第１光射出面から前記光束を射出する第１光学素子と、
前記第１光射出面から射出された前記光束が第２光入射面から入射されて自由曲面形状の少なくとも１つの第２光反射面で前記光束を反射した後で第２光射出面から前記光束を射出する第２光学素子と、
開口部が形成されて前記第１光射出面と前記第２光入射面との間に配置されて前記第１光学素子と前記第２光学素子とが一体的に接着材で固定される支持部材と、
前記第１光学素子の前記第１光入射面と前記第１光反射面と前記第１光射出面以外の１対の非光学面からそれぞれ突出して形成される第１凸片と、
前記第２光学素子の前記第２光入射面と前記第２光反射面と前記第２光射出面以外の１対の非光学面からそれぞれ突出して形成される第２凸片とを有し、
前記第１凸片と前記第２凸片とは、前記第１光学素子と前記第２光学素子との相対位置決めに用いられ、前記接着材が硬化した後で切断される
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項１０】
光束が通過する開口部を有する支持部材を挟んで２つの光学素子を一体に固定する光学ユニット製造方法において、
前記光学素子と支持部材との間にそれぞれ接着材を塗布する接着材塗付工程と、
一方の前記光学素子の非光学面に形成された凸片を保持し、前記支持部材を挟んで、他方の前記光学素子の非光学面に形成された凸片を前記一方の光学素子の凸片に向けて付勢する位置決め工程と、
前記支持部材に２つの前記光学素子が固定された後で、前記２つの光学素子の前記凸片をそれぞれ切断する切断工程と
を備えることを特徴とする光学ユニット製造方法。
【請求項１１】
前記切断工程では、レーザ光を用いて前記凸部を切断することを特徴とする請求項１０に記載の光学ユニット製造方法。
【請求項１２】
前記位置決め工程は、前記開口部を通過する光束の光軸に沿う方向を鉛直方向に配置した状態に２つの前記光学素子を配置して施工されることを特徴とする請求項１０に記載の光学ユニット製造方法。
【請求項１３】
２つの前記光学素子が互いに位置決めされた状態で、一方の前記凸片と他方の前記凸片とは、互いに接触しないことを特徴とする請求項１０に記載の光学ユニット製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の光学ユニットと、
前記光学ユニットを含む結像光学系の結像面に受光面が配置されて前記結像光学系によって形成される物体像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子から得られる前記電気信号に所定の電気的処理を施して画像データを得る処理手段と、
適用された情報記録媒体に前記処理手段からの前記画像データを記録する記録手段と
を有することを特徴とする撮像用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自由曲面形状の光学面を有する複数の光学素子を一体に構成する光学ユニットと、この光学ユニット製造方法、およびこの光学ユニットを内蔵する撮像用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやカメラ付携帯電話等に内蔵される撮像装置として、共軸系の光学系を用いた撮像装置が多数出願されている。共軸系とは、光学系の光軸（撮像系の絞りと撮像画面の中心を結ぶ軸）に対して、レンズ等の光学素子が回転対称に設けられた光学系である。共軸系の撮像装置は、例えば、下記特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
デジタルカメラやカメラ付携帯電話は、小型化、薄型化、高性能化する傾向にある。したがって、これらの撮像用機器に適用される撮像用機器も小型化、薄型化、高性能化する必要がある。撮像装置の大きさを小型化、薄型化するためには、共軸系の光学系を用いる場合、レンズの枚数を少なくする必要がある。しかし、レンズ枚数を減らすと光学系で発生する歪曲収差を抑えることが困難となり、画質が低下する。逆に、画質を向上させて撮像装置を高性能化するためには、レンズ枚数を増やす必要があり、撮像装置が光軸方向に大きくなってしまう。このように、共軸系の光学系を用いる撮像装置にとって、小型化、薄型化することと、高性能化することとは、逆の関係にあり、両立させることが難しい。
【０００４】
これを解決するための１つの手段として、偏心光学系を使用した撮像装置が提案されている。例えば自由曲面形状に形成された光学面を有するプリズムを適用する撮像光学系によって構成される撮像装置が、下記特許文献４〜６に記載されている。
【０００５】
これらの特許文献４〜６に記載されている技術の狙いは、プリズムを使用して撮像光学系を形成し、プリズムの光入射面や光射出面、あるいは反射面に自由曲面を使用することによって、コンパクトでかつ画質の良い画像を得ることができる点である。特に、特許文献５や特許文献６では、２個のプリズムを組み合わせ、物体に近い方の第１光学素子の光入射面、反射面、光射出面、および撮像面に近い方の第２光学素子の光入射面、２つの反射面、光射出面、の合計７面の全てに自由曲面を使用することが記載されている。
【０００６】
特許文献７に記載の組み合わせ光学素子は、２つの光学素子（プリズム）を有している。光学素子は、光学的作用を有する３つの面、および対向する２つの側面を有している。光学的作用を有する面のうちの１つは、曲面であって、１つの対称面に対してのみ面対称（回転非対称な非球面）に形成されている。第１光学素子は、第１面から入射された光を第２面で全反射し、第２面で反射された光を第３面で反射し、第３面で反射された光を第２面に透過させて射出する。第２光学素子は、第１光学素子の第３面と同一形状に形成された第５面に第４面から入射される光を透過させる。
【０００７】
第１および第２光学素子のそれぞれの２つの側面には、位置決め部として突出部が設けられている。第１および第２光学素子は、突出部どうしを用いて位置合せ固定されている。２つの光学素子（プリズム）の対向する第３面と第５面（曲面）間には、間隙が設けられており、接着材が充填されている。
【０００８】
また、この光学素子は、望遠鏡や双眼鏡などの観察系に適用され、観察者に対して外界からの画像情報に表示手段の画像情報をスーパーインポーズさせて同一視野に映し出す。
【特許文献１】特開２０００−２７２５８７号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７９２８号公報
【特許文献３】特開２００２−３２０１２２号公報
【特許文献４】特開平１１−３２６７６６号公報
【特許文献５】特開２００２−１９６２４３号公報
【特許文献６】特開２００３−８４２００号公報
【特許文献７】特開平９−７３００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献４〜７に記載の撮像装置のように、自由曲面を有するプリズムを用いた偏心光学系を複数組み合わせて光学ユニットを構成する場合、特許文献１〜３に記載されているような共軸光学系の光学ユニットを構成する際に利用される筒状のレンズ枠を利用することができず、アライメントが難しい。そして、各プリズムを精度よく組み合わせるために複雑な構成の保持部材を設けると、撮像装置としてプリズム以外にこの保持部材を収容する空間がプリズムの周辺に新たに必要となる。
【００１０】
したがって、偏心光学系を採用して撮像光学系が占有する容積を小さくしても、撮像光学系を保持する機構が占有する容積が別途必要となることで、撮像装置全体としての小型化、薄型化の効果が薄れてしまう。そして、組み合わせるプリズムが小さくなればなるほど、絶対寸法における高い寸法精度が必要となり、これを満足する保持部材の機構もさらに高度なものが必要となる。特に、特許文献７に記載の光学素子は、観察者の視野を横切って配置される観察系に適用することを前提としており、可能な限り小型化しようとするものではない。つまり、デジタルカメラやカメラ付携帯電話など、小型化、薄型化しようとする撮像用機器に組み込まれる撮像装置の光学系を小型化する上で、組立作業における光学素子のハンドリングを考慮したものではない。
【００１１】
そこで、本発明は、自由曲面形状の光学面を有する光学素子が小さい形状であっても簡単な構造で確実に位置決めして組み立てることのできる光学ユニットと、この光学ユニット製造方法、およびこの光学ユニットを備える撮像用機器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】
【００１２】
本発明に係る光学ユニットは、開口部が形成された支持部材を挟んで２つの光学素子が一体に固定される。光学素子は、光入射面と、光反射面と、自由曲面形状に形成されて少なくとも１つの光反射面と、これら以外の非光学面と、非光学面から突出して形成される少なくとも１つの凸片とを有する。凸片は、２つの光学素子を相対的に位置決めする場合に用いられ、２つの光学素子が互いに固定された後で、切断除去する。
【００１３】
また、本発明に係る光学ユニット製造方法は、光束が通過する開口部を有する支持部材を挟んで２つの光学素子を一体に固定するために、光学素子と支持部材との間にそれぞれ接着材を塗布する接着材塗付工程と、一方の光学素子の非光学面に形成された凸片を保持し、支持部材を挟んで、他方の光学素子の非光学面に形成された凸片を一方の光学素子の凸片に向けて付勢する位置決め工程と、支持部材に２つの光学素子が固定された後で、２つの光学素子の凸片をそれぞれ切断する切断工程とを備える。
【００１４】
そして、本発明に係る撮像用機器は、本発明の光学ユニットと、この光学ユニットを含む結像光学系の結像面に受光面が配置されてこの結像光学系によって形成される物体像を電気信号に変換する撮像素子と、この撮像素子から得られる電気信号に所定の電気的処理を施して画像データを得る処理手段と、適用された情報記録媒体に処理手段からの画像データを記録する記録手段とを有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る光学ユニットによれば、光学素子のそれぞれに形成される凸片を用いて２つの光学素子を相対的に位置決めし、支持部材に光学素子が固定された後で凸片を切断除去するので、凸片を光学素子に形成する簡単な構造で、光学素子が小さい形状であっても確実に位置決めして組み立てることができる。
【００１６】
また、本発明に係る光学ユニット製造方法によれば、一方の光学素子の非光学面に形成された凸片に対して他方の光学素子の非光学面に形成された凸片を付勢するので、光学面に直接触れることなく小さな光学素子を容易に精度よく組み立てることができる。
【００１７】
そして、この光学ユニットを備える撮像用機器は、結像光学系がコンパクトであるため、小型化、薄型化しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る第１の実施形態の光学ユニットを撮像用機器の一例であるカメラ付携帯電話に適用し、図１から図１０を参照して説明する。図１に示すカメラ付携帯電話１００は、ヒンジ１０１で２つに折畳み可能な筐体１０２，１０３を有している。カメラ付携帯電話１００は、筐体１０２，１０３を折畳んだ状態で外側から見える位置に、撮像ユニット１に入射される被写体（物体）からの光束λｉが通過する撮像窓１０４が設けられている。
【００１９】
カメラ付携帯電話１００は、図２に示すように、撮像機能の主な構成として、撮像ユニット１、処理手段としての画像処理回路１０５、記録手段としての記録部１０６を内蔵し、撮像窓１０４と反対側の筐体１０２の外面に表示部１０７が設けられている。また、撮像を行なうための操作ボタンなどが筐体１０２，１０３の図示されていない外表面、例えば、折畳まれて内側となる部分や筐体１０２，１０３の外周縁部に設けられている。
【００２０】
撮像ユニット１は、図３に示すように、光学ユニット１０とケース２０と撮像素子３０と固定枠４０とを備える。光学ユニット１０は、第１光学素子１１と第２光学素子１２と支持部材１３とを備える。第１光学素子１１と第２光学素子１２とは、光学素子の一形態であって、支持部材１３を挟んで取り付けられている。
【００２１】
第１光学素子１１は、第１光入射面１１ａと第１光反射面１１ｂと第１光射出面１１ｃとを備える。第１光学素子１１は、第１光反射面１１ｂが１つの対称面（鏡像面）を有する回転非対称の自由曲面形状に形成された偏心プリズムである。第２光学素子１２は、第２光入射面１２ａと２つの第２光反射面１２ｂ，１２ｃと第２光射出面１２ｄとを備える。第２光学素子１２は、２つの第２光反射面１２ｂ，１２ｃがそれぞれ１つの対称面を有する回転非対称の自由曲面形状に形成された偏心プリズムである。第１光学素子と第２光学素子のそれぞれの対称面は、同一平面に設定される。
【００２２】
支持部材１３は、図６に示すように、第１光学素子１１と第２光学素子１２との間に挟まれる部分に開口部として絞り孔１３ａを備えており、絞り板を兼ねている。また、第１光入射面１１ａ側の支持部材１３の縁には、内側からケース２０と嵌合する嵌合凸部１３ｂが形成されている。
【００２３】
物体からの光束λｉは、図２に示すように第１光入射面１１ａから入射し、第１光反射面１１ｂで反射された後、第１光射出面１１ｃから射出される。第１光学素子１１から射出された光束λｍは、絞り孔１３ａを通過して第２光入射面１２ａから第２光学素子１２に入射し、２つの第２光反射面１２ｂ，１２ｃで反射した後、第２光射出面１２ｄから射出される。そして、第２光射出面１２ｄから射出された光束λｏは、結像面１４に物体像を形成する。また、これらの光束λｉ，λｍ，λｏの光軸は、第１光反射面１１ｂ、第２光反射面１２ｂ，１２ｃにそれぞれ設定される対称面上を通る。
【００２４】
ケース２０は、光学ユニット１０を保持するとともにこの光学ユニット１０を覆い、第１光学素子１１と第２光学素子１２とが並ぶ方向に長い直方体状の箱形に外形形状が形成されており、結像面１４側が開口している。結像面１４側と反対側になるケース２０の入射側壁２０ａには、物体からの光束λｉを通過させる入射窓２１と、支持部材１３に設けられた嵌合凸部１３ｂが差し込まれる嵌合孔２２とが形成されている。入射窓２１には、カバーガラス２３が嵌め込まれている。
【００２５】
また、ケース２０は、第１光学素子１１と第２光学素子１２とが並ぶ方向に沿って設けられた１対の横壁２０ｂ，２０ｃと入射側壁２０ａとの角部から入射側壁２０ａに沿って互いに離れる外側に向かって延びる１対のケース支持片２４を備えている。ケース支持片２４は、撮像ユニット１を組み立てる際に使用され、板厚方向に貫通するケース位置決め孔２４ａが基部に設けられている。
【００２６】
撮像素子３０は、撮像素子用基板３１に実装されており、受光面３０ａが結像面１４に配置される。撮像素子３０は、例えばフォトトランジスタなど光を電気信号に変換する半導体素子が受光面３０ａに多数並べられたＣＣＤ（Charge-coupled device）である。撮像素子用基板３１には、撮像素子３０と画像処理回路１０５との間の連係を取る画像素子ＩＦ（インターフェース）回路などが実装される。撮像素子用基板３１は、固定枠４０に対して光学ユニット１０と反対側に装着されており、第１光学素子１１側の縁から画像処理回路１０５に接続されるフレキシブルコネクタ３３が取り付けられている。
【００２７】
固定枠４０は、撮像素子３０が実装された撮像素子用基板３１を保持し、ケース２０の開口部２０ｄを覆う十分な大きさを有しており、撮像素子３０の受光面３０ａに対応する位置に射出窓４１が形成されている。射出窓４１は、第２光射出面１２ｄから射出される光束λｏを撮像素子３０の受光面３０ａに向けて通過させる。固定枠４０は、固定枠支持片である第１支持片４２と第２支持片４３とを備える。第１支持片４２は、第２光学素子１１側の端部から第１光学素子１１と第２光学素子１２とが並ぶ方向に延びている。第２支持片４３は、第１光学素子１１側の側部両端から互いに離れる方向に延びており１対に設けられている。第１支持片４２と第２支持片４３とは、撮像ユニット１を組み立てる際に使用される。第１支持片４２は、板厚方向に貫通する固定枠位置決め孔４２ａが基部に設けられている。
【００２８】
また、固定枠４０は、ケース２０の第１光学素子１１側の第１側壁２０ｅおよび第２光学素子１２側の第２側壁２０ｆよりも外側となる位置に、第１側壁２０ｅおよび第２側壁２０ｆに沿ってケース２０側に向かって延びる固定片４４を有する。固定片４４と対向する第１側壁２０ｅおよび第２側壁２０ｆの外面には、第１接着面２５ｅ，２５ｆがそれぞれ設けられている。本実施形態において、第１接着面２５ｅ，２５ｆは、光学ユニット１０の結像面１４に対して垂直に設けられている。固定片４４側には、第１接着面２５ｅ，２５ｆに沿って平行に延びる第２接着面４４ｅ，４４ｆがそれぞれ設けられる。ケース２０と固定枠４０との間は、光学ユニット１０の結像面１４と撮像素子３０の受光面３０ａとが位置決めされる状態で、図２、および図４に示すように、間隙Ｃが形成される。
【００２９】
ケース２０と固定枠４０とは、この間隙Ｃを維持したまま、図５に示すように、第１合成樹脂５１および第２合成樹脂５２によって互いに固定される。第１合成樹脂５１は、図４および図５に示すように、第１接着面２５ｅ，２５ｆと第２接着面４４ｅ，４４ｆとの間に充填されている。本実施形態において、第１合成樹脂５１は、外的因子となる紫外線が照射されることで硬化する紫外線硬化型の合成樹脂であり、特に、硬化することで膨張または収縮の体積変化が極めて少ないものが好ましい。なお、紫外線硬化型の合成樹脂は、一般に十分な遮光性を期待できないものが多い。したがって、ケース２０と固定枠４０との間隙Ｃを紫外線硬化型の合成樹脂によって充填する場合、撮像素子３０の受光面３０ａへ入射される迷光がケース２０の外部から入り込むことを防止しなければならない。本実施形態においては、固定片４４は、ケース２０と固定枠４０との接着強度を増加させる役割を有するだけでなく、紫外線硬化型樹脂を使用する場合における遮光性の不足を補う役割も果たしている。
【００３０】
第２合成樹脂５２は、図４に示すように、ケース２０の開口部２０ｄ側の縁とこれに対向する固定枠４０との間に形成される間隙Ｃを塞ぐように充填されている。第２合成樹脂５２は、第１合成樹脂５１よりも硬化速度が遅い合成樹脂である。また、第２合成樹脂５２は、第１合成樹脂５１に比べて不透明な遮光性に優れた合成樹脂を用いることが好ましい。さらに、第２合成樹脂５２の性質として、硬化による体積変化が極めて少ないこと、第１合成樹脂５１よりも接着強度が高いことが好ましい。
【００３１】
以上のように構成された撮像ユニット１は、ケース支持片２４と第１支持片４２と第２支持片４３とがそれぞれ把持されて結像面１４と受光面３０ａとの相対位置が最適となるようにケース２０と固定枠４０との位置決め調整がなされる。第２合成樹脂５２が硬化した後、ケース支持片２４と第１支持片４２と第２支持片４３とが図５に示すように切除され、撮像ユニット１の外形形状は、直方体状の箱形となる。
【００３２】
このように、本実施形態の撮像ユニット１によれば、受光面３０ａに対して結像面１４が位置決めされる状態でケース２０と固定枠４０との間に間隙Ｃが設けられている。この間隙Ｃの大きさを維持したまま第１合成樹脂５１および第２合成樹脂５２が間隙Ｃに充填され、ケース２０と固定枠４０とが互いに固定される。撮像ユニット１は、結像面１４と受光面３０ａとの設計されている相対位置関係に対して、微調性を行なうことが可能であり、簡単な構造で結像面１４と受光面３０ａとの位置決めを行なうことができる。
【００３３】
図３および図４に示したように、光学ユニット１０の第１光学素子１１と第２光学素子と１２は、側部の非光学面１１ｅ，１１ｆ，１２ｅ，１２ｆにそれぞれ切断痕１１ｍ，１１ｎ，１２ｍ，１２ｎを有している。非光学面１１ｅ，１１ｆ，１２ｅ，１２ｆは、第１光入射面１１ａに入射される光束λｉおよび第２光射出面１２ｄから射出される光束λｏの光軸が通る面（光軸面λ）と平行に設けられている。切断痕１１ｍ，１１ｎ，１２ｍ，１２ｎは、図６に示すように、第１光学素子１１の非光学面１１ｅ，１１ｆに設けられていた第１凸片１１ｇ，１１ｈ、および第２光学素子１２の非光学面１２ｅ，１２ｆに設けられていた第２凸片１２ｇ，１２ｈが、後述する光学ユニット製造方法における切断工程Ｓ３（図１３参照）で、レーザ光Ａによって切断された痕跡である。
【００３４】
図６に示すように、第１凸片１１ｇ，１１ｈは、第１光射出面１１ｃ寄りに１対配置され、第２凸片１２ｇ，１２ｈは、第２光入射面１２ａ寄りに１対配置されている。第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈは、図７に示すように、絞り孔１３ａを通過する光束λｍの光軸からそれぞれ互いに反対方向へ離れる方向へ延びている。また、図９に示すように、第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈは、光束λｍの光軸と平行で光軸面λと直交する同一平面（凸片配置面α）上に配置されている。第１凸片１１ｇ，１１ｈの第１光入射面１１ａ側の第１面１１ｉとこの第１面１１ｉと反対側の第２面１１ｊとは、第１光射出面１１ｃ側から第１光反射面１１ｂ側に向かうにしたがって互いに徐々に近づくテーパ状に形成されている。第１面１１ｉと第２面１１ｊは、後述する光学ユニット製造方法において、位置決めされるときの基準面となる。なお、第１面１１ｉと第２面１１ｊは、凸片配置面αと平行に設けられていても良い。この場合は、第１光反射面１１ｂ側の第３面１１ｋが基準面となる。
【００３５】
第１凸片１１ｇ，１１ｈには、第２凸片１２ｇ，１２ｈに向かって近接するボス１５ａ，１５ｂが設けられている。第１光学素子１１と第２光学素子１２とが互いに位置決めされた状態で、ボス１５ａ，１５ｂの先端１５ｃ，１５ｄは、第２凸片１２ｇ，１２ｈと接触せずにわずかに隙間ｄを有している。この隙間ｄは、図８に示すように、どちらか一方のボス１５ａ，１５ｂが第２凸片１２ｇ，１２ｈと接触しても、第１光学素子１１と第２光学素子１２との光軸ずれ許容公差θの範囲内に納まる程度の大きさに設定されている。ボス１５ａ，１５ｂの先端１５ｃ，１５ｄは、図１０に示すように球状に形成すると、隙間ｄを設定しやすい。
【００３６】
なお、ボス１５ａ，１５ｂは、第２凸片１２ｇ，１２ｈから第１凸片１１ｇ，１１ｈに向かって突設されていてもよいし、第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈからそれぞれ接近するように突設されていてもよい。さらに、ボス１５ａ，１５ｂを設ける代わりに、直接第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈが互いに隙間ｄを有して接近していても良い。
【００３７】
また、本実施形態において、光学ユニット１０を撮像用機器であるカメラ付携帯電話１００に適用した場合を一例に説明したが、これに限らず光学ユニット１０をデジタルカメラや、撮像素子を備えるカメラユニットなどに適用することで、コンパクトなデジタルカメラや、カメラユニットを提供することができる。
【００３８】
撮像ユニットに組み込まれる光学ユニットとして、偏心光学系の光学ユニット１０を採用すると、以下に述べる効果が期待される。  
（１）３面ある反射面には、パワー（屈折力）を有する自由曲面を使用しているが、これらの反射面は、レンズ等の屈折光学系に比べて大きなパワーを得ることができると同時に色収差の影響を受け難い。  
（２）コンパクトな空間内に７面の光学面を配置することができる。つまり、限られた空間内に光学要素を凝縮して設定することができる。  
（３）光学性能を高めるには、光学系全体の光路長をある程度長くすることが望ましいが、このようなプリズム光学系を使用することにより、光路を折り曲げていることによって、光路長は、長いが全体の大きさをコンパクトにすることができる。  
以上のように、光学ユニット１０は、コンパクトでありながら画質を高めることを両立させる。
【００３９】
次に、本発明に係る第２の実施形態の光学ユニット製造方法について、第１の実施形態の光学ユニット１０に適用した場合を一例に図１１から図１４を参照して説明する。本実施形態の光学ユニット製造方法は、支持部材１３を挟んで第１光学素子１１と第２光学素子１２とを一体に位置決め固定する製造工程の範囲である。光学ユニット１０については、第１実施形態において説明したので、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
光学ユニット製造方法は、接着材塗付工程Ｓ１と位置決め工程Ｓ２と切断工程Ｓ３とを有している。接着材塗付工程Ｓ１および位置決め工程Ｓ２においては、位置決め装置２６０が使用され、切断工程Ｓ３においてはレーザ切断装置２７０が使用される。まず、位置決め装置２６０およびレーザ切断装置２７０について以下に説明する。
【００４１】
位置決め装置２６０は、図１１および図１２に示すように、プリズム受台２６１と押付機構２６２とを備えている。プリズム受台２６１と押付機構２６２とは、鉛直方向に配置され、これらの間に第１光学素子１１、支持部材１３、第２光学素子１２が挟まれる。このように、位置決め装置２６０は、絞り孔１３ａを通過する光束λｍの光軸を鉛直方向に向けて第１光学素子１１と第２光学素子１２との位置決めを行なうように設けられている。
【００４２】
プリズム受台２６１は、基部から鉛直方向に上方へ延びる１対の保持治具２６３を備えている。保持治具２６３は、第１光学素子を位置決めする位置決め治具である。保持治具２６３の上端２６３ａには、切欠２６３ｂが設けられている。切欠２６３ｂは、第１光学素子１１の第１凸片１１ｇ，１１ｈの外形に合せて形成されている。本実施形態においては、第１凸片１１ｇ，１１ｈの第１面１１ｉと第２面１１ｊとがテーパ状に形成されており、切欠２６３ｂは、このテーパ角度に合せて内面が第１面１１ｉと第２面１１ｊとに当接するように形成されている。第１凸片１１ｇ，１１ｈが切欠２６３ｂに支持されることによって、第１光学素子１１は、第１光射出面１１ｃを上に向けた姿勢で保持治具２６３にセットされる。
【００４３】
押付機構２６２は、プリズム受台２６１の鉛直方向上方に配置され、プリズム受台２６１に向かって下方に延びる押付治具２６４を備えている。押付治具２６４は、第２光学素子を位置決めする位置決め治具である。押付治具２６４の先端２６４ａは、第２光入射面１２ａを下に向けた姿勢で位置決め装置にセットされた第２光学素子１２の第２光反射面１２ｂに面した第２凸片１２ｇ，１２ｈの端面１２ｉに当接する。端面１２ｉは、第２光学素子１２を位置決めするための基準面となる。
【００４４】
レーザ切断装置２７０は、図１３に示すレーザ照射ノズル２７１とプリズムクランプ２７２とを備える。また、レーザ切断装置２７０は、レーザ発振器、レーザ伝送路、クランプ反転機構、エアーブロア、ノズル位置決め機構などを備える。レーザとして、ＣＯ２レーザ、ＣＯレーザ、ＹＡＧレーザなどを適用することができる。
【００４５】
プリズムクランプ２７２は、ベース部２７３と押えプレート２７４とエアシリンダ２７５とを備える。ベース部２７３には、第２光射出面１２ｄ側の支持部材１３の縁１３ｃを支持するリブ２７３ａが形成されている。押えプレート２７４には、支持部材１３の嵌合凸部１３ｂと嵌合する保持部２７４ａが形成されている。エアシリンダ２７５は、シリンダ部２７５ａがベース部２７３に固定され、ピストン２７５ｂの先端には押えプレート２７４が取り付けられている。
【００４６】
プリズムクランプ２７２は、第１光学素子１１と第２光学素子１２とが取り付けられた支持部材１３を第１光入射面１１ａ側および第２光射出面１２ｄ側からエアシリンダ２７５を駆動させてリブ２７３ａと保持部２７４ａとで挟み込む。また、押えプレート２７４は、支持部材１３と同じ幅か、やや幅広に設けられており、レーザ照射ノズル２７１から出射されるレーザ光Ａが第１光学素子１１および第２光学素子１２に直接照射されないようにするための保護も兼ねている。
【００４７】
なお、プリズムクランプ２７２は、第１凸片１１ｇ，１１ｈと第２凸片１２ｇ，１２ｈの基部を切断するべく、レーザ照射ノズル２７１から出射されるレーザ光Ａの焦点位置に光学ユニット１０を位置決めできるものであれば良い。つまり、図１３に示した上述の構成に限らず、第１凸片１１ｇ，１１ｈと第２凸片１２ｇ，１２ｈとを切断できるように光学ユニット１０を保持および反転できる構成を有していることが好ましい。例えば、エアシリンダ２７５の代わりにソレノイドによって駆動するプリズムクランプでも良い。
【００４８】
また、片側の第１凸片１１ｇ（１１ｈ）と第２凸片１２ｇ（１２ｈ）を切断した後反対側の第１凸片１１ｈ（１１ｇ）と第２凸片１２ｈ（１２ｇ）を切断するために、クランプ反転機構は、光学ユニット１０を鉛直軸を中心に旋回させても良いし、あるいは水平軸を中心に裏返しても良いし、レーザ照射ノズル２７１を移動させても良い。さらに、切断工程Ｓ３における光学ユニット１０の姿勢は、図１３に示したように第１光学素子１１と第２光学素子１２とが水平横置きであっても良いし、図１１に示した位置決め工程Ｓ２の姿勢のままでも良い。
【００４９】
上述の位置決め装置２６０およびレーザ切断装置２７０を使って施工される光学ユニット製造方法の手順について図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。  
接着材塗付工程Ｓ１と位置決め工程Ｓ２とは、並行して施工される。まず、第１凸片を保持治具２６３の切欠２６３ｂに嵌合させて、第１光学素子１１をプリズム受台２６１にセットする（Ｓ１０）。次に、第１光学素子１１の第１光射出面１１ｃにディスペンサ２６６によって適量の接着材が塗布される（Ｓ２０）。ディスペンサ２６６を邪魔にならない位置まで後退させた後、支持部材１３を第１光学素子１１の上に載せる（Ｓ３０）。
【００５０】
再びディスペンサ２６６を近づけて、第２光入射面１２ａが当接する範囲の支持部材１３に適量の接着材を塗布する（Ｓ４０）。接着材を塗布したら、ディスペンサ２６６を退避させ、第２光学素子１２を支持部材１３の上に載せる（Ｓ５０）。押付機構２６２を上方から接近させて押付治具２６４の先端２６４ａで第２凸片１２ｇ，１２ｈを第１凸片１１ｇ，１１ｈに向かって付勢する（Ｓ６０）。第１光学素子１１と支持部材１３、支持部材１３と第２光学素子１２のそれぞれ当たり面は、互いに押し当てられることによって第１光学素子１１と第２光学素子１２との位置決めがなされるように形成されている。
【００５１】
図１１に示すように第１光学素子１１と第２光学素子１２とが支持部材１３を挟むように付勢されている状態で、接着材が硬化することで、第１光学素子１１と第２光学素子１２とが支持部材１３を挟んだ状態で一体化される。接着材には、押付治具２６４で第２光学素子１２を押し付けるまで硬化しない十分な硬化時間を有するものを使用する。
【００５２】
接着材は、外的因子によって硬化速度を調整できる、例えば紫外線硬化型の接着材を使用すると、接着材が硬化するまでの時間を積極的に調整することができるので、位置決め装置２６０の動作に応じて、接着材を硬化させるタイミングを調整しやすい。接着材の外的因子には、紫外線のほか温度や酸素、あるいは接着材の硬化を促進させるガス、空気中の水分などを適用することが可能であり、接着材もそれに応じた接着材を選択することが可能である。
【００５３】
なお、接着材塗付工程Ｓ１は、位置決め工程Ｓ２と並行させずに、予め行なっておいても良いし、図１１に示す状態で後から行なっても良い。この場合、接着材は、ディスペンサ２６６によって横から注入される。この場合、接着材は、第１光学素子１１と支持部材１３、支持部材１３と第２光学素子１２との間に毛細管現象によって広がりやすい（浸透しやすい）、粘性の低いものが好ましい。
【００５４】
接着材が硬化して、第１光学素子１１と第２光学素子１２とが支持部材１３に固定されると、光学ユニット１０は、位置決め装置２６０から取外され（Ｓ７０）、切断工程Ｓ３に移行する。切断工程Ｓ３では、まず、図１３に示すように、支持部材１３がプリズムクランプ２７２に保持されることで、光学ユニット１０は、レーザ切断装置２７０に装着される（Ｓ８０）。この状態で、図１３に示すように、第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈが切断される（Ｓ９０）。なお、切断工程Ｓ３では、レーザ光Ａで切断する代わりに、鋼線に砥粒を付着させたワイヤカッタや、ディスクに砥粒を付着させたディスクカッタで第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈを切断しても良い。
【００５５】
第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈが切断された光学ユニット１０は、この後、図４に示すようにケース２０に収められる（Ｓ１００）。また、光学ユニット１０の結像面１４が撮像素子３０の受光面３０ａと一致するように、ケース２０は、撮像素子３０が取り付けられた固定枠４０と位置決め（Ｓ１１０）固定されて（Ｓ１２０）、第２合成樹脂５２が硬化した後（Ｓ１３０）、ケース支持片および第１支持片、第２支持片が切断されて（Ｓ１４０）図５に示す撮像ユニット１が完成する。
【００５６】
上述の光学ユニット製造方法によれば、光学素子となる第１光学素子１１および第２光学素子１２に、予め位置決め保持用の第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈを設けて、第１光学素子１１と第２光学素子１２の位置決め固定を行なった後、第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈを切断除去するので、最終的な光学ユニット１０の外形寸法が小さい場合にも、ハンドリング性に優れ、かつ、容易に精度よく位置決めを行なうことができる。
【００５７】
また、本発明の光学ユニット１０は、第１光学素子１１の非光学面１１ｅ，１１ｆに第１凸片１１ｇ，１１ｈを形成し、第２光学素子１２の非光学面１２ｅ，１２ｆに第２凸片１２ｇ，１２ｈを形成して、これら第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈを用いて第１光学素子１１と第２光学素子１２とを位置決めするので、第１光学素子１１および第２光学素子１２が小さくなっても、位置決めを精度よく行うことができる。また、これら第１凸片１１ｇ，１１ｈおよび第２凸片１２ｇ，１２ｈは、第１光学素子１１および第２光学素子１２が互いに位置決め固定された後、切断除去されるので、撮像ユニット１を小型化することを制限しない。
【００５８】
そして、この光学ユニット１０を備える撮像ユニット１を内蔵することで、小型化、薄型化し、かつ、性能のよいデジタルカメラやカメラ付携帯電話１００等の撮像用機器を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る光学ユニットは、デジタルカメラやカメラ付携帯電話の撮像部に適用する以外に、医療用または工業用の内視鏡の撮像部や、撮像素子とともに内蔵されて撮像機能を有する望遠鏡や双眼鏡などの観察系の光学ユニットとして利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態のカメラ付携帯電話を示す斜視図。
【図２】図１に示したカメラ付携帯電話の撮像機能の主な構成を模式的に示すブロック図。
【図３】図１に示した撮像ユニットの分解斜視図。
【図４】図３に示した撮像ユニットを組み立てた断面図。
【図５】図４に示した撮像ユニットのケース支持片、第１および第２支持片を切除した状態の斜視図。
【図６】図３に示した光学ユニットの分解斜視図。
【図７】図６に示した光学ユニットを第１光入射面側から見た平面図。
【図８】図７に示した光学ユニットの第１光学素子と第２光学素子とが許容公差内で光軸ずれしている状態の平面図。
【図９】図７に示した光学ユニットの側面図。
【図１０】図６に示した第１光学素子の第１凸片に設けられたボスの他の形態の斜視図。
【図１１】本発明に係る第２の実施形態の光学ユニット製造方法において使用される位置決め装置によって第１光学素子と第２光学素子と支持部材とが位置決めされている状態の斜視図。
【図１２】図１１に示した位置決め装置および光学ユニットを上下方向に展開した分解斜視図。
【図１３】本発明に係る第２の実施形態の光学ユニット製造方法において使用されるレーザ切断装置によって光学ユニットの第１凸片および第２凸片が切断されている状態の斜視図。
【図１４】本発明に係る第２の実施形態の光学ユニット製造方法のフローチャート。
【符号の説明】
【００６１】
１…撮像ユニット、１０…光学ユニット、１１…第１光学素子（光学素子）、１１ａ…第１光入射面（光入射面）、１１ｂ…第１光反射面（光反斜面）、１１ｃ…第１光射出面（光射出面）、１１ｅ，１１ｆ…非光学面、１１ｇ，１１ｈ…第１凸片、１１ｉ…第１面（基準面）、１１ｊ…第２面（基準面）、１２…第２光学素子（光学素子）、１２ａ…第２光入力面（光入射面）、１２ｂ，１２ｃ…第２光反射面（光反射面）、１２ｄ…第２光射出面（光射出面）、１２ｅ，１２ｆ…非光学面、１２ｇ，１２ｈ…第２凸片、１２ｉ…端面（基準面）、１３…支持部材、１３ａ…絞り孔（開口部）、１４…結像面、１５ａ，１５ｂ…ボス、３０…撮像素子、３０ａ…受光面、１００…カメラ付携帯電話（撮像用機器）、１０５…画像処理回路（処理手段）、１０６…記録部（記録手段）、２６３…保持治具（位置決め治具）、２６４…押付治具（位置決め治具）、λｉ，λｍ，λｏ…光束、Ａ…レーザ光、α…凸片配置面、Ｓ１…接着剤塗付工程、Ｓ２…位置決め工程、Ｓ３…切断工程。
【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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