(57)【要約】【課題】付加した力により生じる光学素子の変形量をコンピュータを用いたシミュレーションにより予測し、所定の変形量以下となる固定条件を求める。【解決手段】固定する光学素子１０を受け面１５で支持しつつ、この光学素子１０に対して上端面１７で上方向から所定の力Ｐを加え、光学素子１０の変形量をコンピュータ２により予測するシミュレーションを行い、光学素子１０の変形量が所定の変形量以下となる固定条件を求める。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定する部材を、指定された第１の位置で支持しながら、この固定する部材に対して指定された第２の位置で所定の方向から所定の力を付与し、前記部材の変形量をコンピュータにより予測するシミュレーションを行い、
前記部材の変形量が所定の変形量以下となる固定条件を求める
ことを特徴とする部材固定保持の決定方法。
【請求項２】
前記第１の位置と前記第２の位置とは前記部材における対向する位置に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の部材固定保持の決定方法。
【請求項３】
前記所定の力は、前記部材を固定する力として定めた基準値を用いる
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の部材固定保持の決定方法。
【請求項４】
前記部材の形状を変更することなく、前記第２の位置と前記所定の力の方向との少なくとも一方を変更する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の部材固定保持の決定方法。
【請求項５】
前記部材は光学素子である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の部材固定保持の決定方法。
【請求項６】
前記変形量が光学素子の光学機能面の変形量である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の部材固定保持の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータを用いたシミュレーションにより光学素子等の部材を固定保持する際の、部材固定保持の決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学レンズ等の光学素子を保持枠に固定する方法として、例えば光学素子に保持枠の一部を圧着してかしめ固定する技術が知られている。
このかしめ固定によるレンズ固定保持方法として、例えば特許文献１には、光学レンズを保持枠に落とし込み、保持枠のレンズ受け部で光学レンズの片側の光学機能面を受け止め、一方、レンズ外周側に設けたレンズ圧着部に保持枠のかしめ押圧部を圧着して、光学レンズを保持枠に固定保持する点が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１０７２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のかしめ固定方法にあっては、光学レンズに固定保持する力を付与することで該光学レンズを保持枠に固定しているため、その加える力により光学レンズに歪が発生し、所望の光学性能を得るのが困難であった。
【０００４】
これを解消すべく、特許文献１では、光学レンズのどの位置を固定するかなどにつき種々の提案がされている。しかし、個々に形状の異なる光学レンズにおいて、どの固定方法を採用すれば最も歪が小さい固定法であるかについては未だ解決されていない。このため、その都度実験的に確認して、歪が小さい固定方法を見つけているのが実情である。
【０００５】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、光学素子等の部材に固定保持する力を付加して固定する際に、固定保持する力により該部材に生じる変形量をコンピュータを用いたシミュレーションにより予測し、部材の変形量が所定の変形量以下となる固定条件を容易に求めることのできる部材固定保持の決定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】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
固定する部材を、指定された第１の位置で支持しながら、この固定する部材に対して指定された第２の位置で所定の方向から所定の力を付与し、前記部材の変形量をコンピュータにより予測するシミュレーションを行い、
前記部材の変形量が所定の変形量以下となる固定条件を求めることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の部材固定保持の決定方法において、
前記第１の位置と前記第２の位置とは前記部材における対向する位置に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の部材固定保持の決定方法において、
前記所定の力は、前記部材を固定する力として定めた基準値を用いることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の部材固定保持の決定方法において、
前記部材の形状を変更することなく、前記第２の位置と前記所定の力の方向との少なくとも一方を変更することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の部材固定保持の決定方法において、
前記部材は光学素子であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の部材固定保持の決定方法において、
前記変形量が光学素子の光学機能面の変形量であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、固定保持する力により生じる部材の変形量をコンピュータを用いたシミュレーションにより予測し、所定の変形量以下となる固定条件を容易に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明方法を実施するためのシミュレーション装置１の全体構成を示す。このシミュレーション装置１は、コンピュータ本体２と、モニター３、及びキーボード４、マウス５を有している。コンピュータ本体２には、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）６、中央演算処理装置（ＣＰＵ）７、記憶装置（メモリ）８、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）９が内蔵されている。
【００１４】
図２は、所望の光学的性能を満足するであろう光学素子（部材）１０の無負荷状態の断面を示す図である。本実施形態では、光学素子１０として、光軸（Ｙ軸と一致する）を垂直に横切るようにした場合に上下両面に曲面からなる光学機能面１２，１４を有する光学レンズを想定する。
【００１５】
光学素子１０は、所定の曲率半径Ｒ１，Ｒ２で形成された一対の光学機能面１２，１４と、外周面１６と、各光学機能面１２，１４及び外周面１６を夫々接続する上端面１７及び下端面１８と、を有している。上端面１７及び下端面１８は、光軸に垂直な平面である。
【００１６】
本実施形態では、この想定された光学素子１０を、後述する保持枠２０（図３）における上端部斜め上方からかしめた時を想定するものであり、固定保持する力により光学機能面１２，１４が歪むことで光学性能の劣化が大きい（又は小さい）光学素子１０の固定保持についてシミュレーションにより考える。
【００１７】
この際、光学素子１０のみのシミュレーションモデルを利用（保持枠２０はシミュレーションモデルに利用されない）し、コンピュータを用いたシミュレーションにより光学素子１０の固定保持方法を解析して光学素子１０に発生する歪が小さくなる光学素子の形状等の設計（設計された形状の確認を含む）を行うものである。
【００１８】
すなわち、図２において、本実施形態では、コンピュータによるシミュレーションにおいて、固定する部材として想定された光学素子１０を、光学有効径外であって指定された第１の位置としての一方の面（下面）側の受け面１５で支持しながら、この光学素子１０に対して、光学有効径外であって指定された第２の位置として他方の面（対向する面）側の上端面１７で所定の方向（上方となる光軸に平行な矢印方向）からの固定保持する力に相当する所定の力（固定力量）Ｐを付与する。
【００１９】
そして、このときの光学素子１０の光学機能面の変形量を予測すべくシミュレーション解析を行う。その結果として、光学素子１０の光学機能面の変形量が所定の変形量以下となる固定条件（すなわち光学素子の歪が所定以下となる固定条件）を求める、または、更に光学機能面の変形量が所定の変形量以下となる形状の光学素子１０を求めるものである。したがって、シミュレーションでは、保持枠を用いない状態で実施している。
【００２０】
そして、シミュレーションで形状等が設計（確認を含む）された光学素子１０に基いて、実物の光学素子１０ａが製造される。なお、実物の光学素子１０ａにおける各部位には、便宜上、シミュレーション用の光学素子１０の各部位の符号を引用して説明する。
【００２１】
図３は、シミュレーションの想定対象となった実物の保持枠２０の断面を示す図である。
この想定対象の保持枠２０は、略円筒状の枠体２１の内側下部に形成されたレンズ受け部２６と、内側上部に形成されたかしめ圧着部２４と、レンズ受け部２６及びかしめ圧着部２４間に形成されたレンズ収容部２２とを有している。この保持枠２０の材質には金属、樹脂等が用いられる。
【００２２】
そして、実物の光学素子１０ａを保持枠２０のレンズ収容部２２に収容し、このレンズ受け部２６で光学機能面１４の受け面１５を受け止め、さらに、保持枠２０のレンズ受け部２６に対向して配置されたかしめ圧着部２４に、斜め上方から力を加え、かしめ圧着部２４を変形させ、そして、光学素子１０ａの外周面１６と光学機能面１２との交差部に位置する上端面１７を、変形させたかしめ圧着部２４により圧着して固定保持するようになっている。
【００２３】
図４は、実物の光学素子１０ａを、想定対象となった保持枠２０のレンズ収容部２２に収容し、上端面１７を変形させたかしめ圧着部２４により圧着して固定力量Ｐにより固定保持した状態の断面図である。
【００２４】
すなわち、図４で示した状態と同じになるように、実物の保持枠２０に対して、シミュレーションにより固定条件（固定保持方法）が決定された光学素子１０に対応した、実物の光学素子１０ａが固定保持されることになる。
【００２５】
このように実物の保持枠２０に実物の光学素子１０ａを固定保持する際における固定方法について、本実施形態では、前述のように、シミュレーションでは保持枠を用いない状態で、光学素子１０の光学機能面１２，１４の歪みが所定値以下か否かをコンピュータによって解析する。
【００２６】
次に、本実施形態におけるシミュレーションについて、図５のフローチャートに沿って手順を説明する。
まず、設計された光学素子１０の形状（図２の形状）をプリソフト（シミュレーションモデルを作るソフト）に読込ませる（Ｓｌ）。
【００２７】
本実施形態では、二次元で定義された光学素子（両凹レンズ）１０を対象とし、図２に示したように、この光学素子１０を、第１の位置としての受け面１５と、第２の位置としての上端面１７との対向する位置で両方から支持するものとする。そして、光学素子１０の光軸（Ｙ軸）と各光学機能面１２、１４との交点をＯ、Ｏ’としたときに、下面側の交点Ｏを原点とした各部（例えば、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点等）の座標、光学機能面１２，１４の曲率半径Ｒ１，Ｒ２を読み込む。
【００２８】
なお、説明の便宜上、Ａ点を下端の角部、Ｂ点を上端の角部、Ｃ点を光学機能面１２と上端面１７との交点、Ｄ点を光学機能面１２における入射光の最大径となる位置点、Ｃ−Ｃ間の寸法を球欠径、Ｄ−Ｄ間の寸法を光学有効径とする。
【００２９】
また、必要に応じて下端の角部Ａ点と、上端の角部Ｂ点には、所定の角度で面取りが施される場合がある。
次に、図６に示すように、プリソフトにて光学素子のシミュレーションモデル（解析モデル）を作成する（Ｓ２）。この場合、二次元では四角形の多数のメッシュ１９を作成する。なお、四角形以外の例えば三角形のメッシュ、又は三角形と四角形を混在させてメッシュを作成する場合もある。
【００３０】
次に、プリソフトに読み込ませた光学素子１０の上端面１７に、所定の固定力量Ｐを付与する。この付与に際し、固定力量Ｐとして、加える方向（上端面１７に垂直な方向）と力の大きさ（例えばＰ＝２０Ｎ）を指定し、そして、固定力量Ｐを付与するようプリソフトに荷重条件を読込ませる（Ｓ３）。なお、この固定力量Ｐは、図４の形状のように、製品（実物の光学素子１０ａ）をかしめ固定するときの固定力として定めている設計上の基準値である。この基準値は、製品ごとの基準となる固定力量Ｐを使用することが望ましい。
【００３１】
続いて、境界条件を読込ませる（Ｓ４）。この境界条件とは、光学素子１０を一点若しくは複数点若しくは線又は面で拘束することを意味する。本実施形態では、所定の受け面１５の位置を面で拘束することを座標で指定し、境界条件として読込ませる。
【００３２】
次に、作成されたシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを実行（Ｓ５）する。
ここで、シミュレーションの実行は有限要素法を用いて光学素子１０の変形を予測する。すなわち、上端の角部Ｂ点に付与した固定力量Ｐ＝２０Ｎとその加える方向とによって、四角形の多数のメッシュ１９がどのように変形するかを計算式に基づいて予測する。
【００３３】
そして、その予測した変形の出力結果として、光学素子１０の光学機能面１２（又は１４）における光学有効径内の変形量を出力する（Ｓ６）。
具体的には、例えば図６における、変形前の光学機能面１２上の節点座標ａ，ｂ，ｃ，ｄ点が、変形後にどの程度変形したかの変形量を出力する。この場合、光学機能面１２の各部には、力の付加位置（例えばＢ点）から波動状に応力が伝播していくと考えられる。
【００３４】
図７は、光学機能面１２の要部の拡大を示す図である。
同図において、変形により各点は、ａ点からａ’点に，ｂ点からｂ’点に，ｃ点からｃ’点に，ｄ点からｄ’点に夫々移動したとする。この場合、元の光学機能面１２の曲率半径Ｒ１が、例えば実線のように表されていたのに対し、変形後の光学機能面１２の曲率半径Ｒ１’が破線のように変形したことになる。
【００３５】
このように、変形量の評価は、例えばシミュレーションモデルの光学機能面１２内の変形前の節点座標ａ，ｂ，ｃ，ｄと、変形後の節点座標ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’とを出力することで行う。
【００３６】
そして、変形後の設計形状からの偏差（ａ−ａ’，ｂ−ｂ’，ｃ−ｃ’，ｄ−ｄ’）を評価する（Ｓ７）。例えば、変形後の節点座標ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’から最小二乗法により近似の曲率半径Ｒを求め、その近似曲率半径Ｒが曲率半径Ｒ１の設計公差の範囲内であるか否かを評価する。
【００３７】
評価の結果、近似曲率半径Ｒが曲率半径Ｒ１の設計公差の範囲内（Ｙｅｓ）であれば、シミュレーションモデルとなった光学素子１０の形状に基いて、実物の光学素子１０ａが製造され、その後、実物の保持枠２０に固定保持される。
【００３８】
なお、本実施形態では、例えば光学素子１０の設計段階で設定された曲率半径Ｒ１の公差は、偏差の最大・最小値（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙ）  （以下、「ＰＶ」と略称する）が５μｍであるとする。これに対し、例えば、シミュレーションの結果は、偏差のＰＶが８．５μｍであったとする。すると、このシミュレーションモデルにおける光学素子１０の形状およびその固定条件では公差を満足することはできない。
【００３９】
そのため、この場合（Ｓ７でＮｏの場合）は、Ｓ１にリターンして、光学素子１０の形状変更を行い、再度フローを実行する。
図８は、形状変更後の光学素子３０のシミュレーションモデルを示す図である。
【００４０】
そして、再度、前述した図５のステップＳ１から繰り返すべく、形状変更後の光学素子３０の形状をプリソフトに読込ませる（Ｓｌ）。
この光学素子３０は、所定の曲率半径で形成された一対の光学機能面３２，３４と、大径の第１の外周面３６と、該第１の外周面３６の上部に傾斜段部（対向する位置としての第２の位置）３７を介して形成された小径の第２の外周面３６’と、光学機能面３４及び第１の外周面３６を接続する下端面３８と、を有している。この光学素子３０のモデルは、図２の光学素子１０のモデルに対し、光学素子１０の外周面１６の上部側外径を小さくして小径の第２の外周面３６’を形成し、また、光学素子１０の外周面１６と該小径の第２の外周面３６’との間にて傾斜段部（第２の位置）３７を形成した点で、形状変更されている。なお、傾斜段部３７は、光軸に対し約７０°の角度で傾斜した傾斜面である。
【００４１】
これらにより、プリソフトにて前述した図６と同様に光学素子３０と同形状のモデルを四角形のメッシュにて作成する（Ｓ２）。
このシミュレーションモデルの固定保持のために想定される保持枠４０は、略円筒状の枠体４１の内側下部に形成されたレンズ受け部４６と、このレンズ受け部４６に対向して内側上部に形成されたかしめ圧着部４４と、レンズ受け部４６及びかしめ圧着部４４間に形成されたレンズ収容部４２とを有している。
【００４２】
そして、シミュレーションモデルの光学素子３０を、保持枠４０のレンズ収容部４２に収容し、レンズ受け部４６で光学素子３０の光学機能面３４の受け面（第１の位置）３５を受け止め、さらに、レンズ受け部４６に対向して配置されたかしめ圧着部４４に斜め上方（図８の矢印方向）から力を加え、かしめ圧着部４４を変形させ、そして、光学素子３０の傾斜段部３７にかしめ圧着部４４を圧着して固定力量Ｐにより固定保持するものと想定する。
【００４３】
このため、次に、プリソフトに読み込まれた光学素子３０の傾斜段部３７を荷重の付与位置（第２の位置）として、荷重を加える方向（傾斜段部３７に対して垂直な方向）の指定とともに固定力量Ｐ＝２０Ｎを付与するよう、プリソフトに荷重条件を読込ませる（Ｓ３）。この読み込ませる荷重条件としての固定力量Ｐは、光学素子１０に付与した固定力量Ｐと同じである。
【００４４】
続いて、境界条件として、保持枠４０のレンズ受け部４６に接触する光学素子部分を拘束することを読込ませ（Ｓ４）、プリソフトにて前述した図６と同様のシミュレーションモデルを作成する。
【００４５】
次に、１回目と同様に、作成されたシミュレーションモデルにてシミュレーションを実行（Ｓ５）し、その出力として光学素子３０の光学機能面３２（または光学機能面３４）における光学有効径内の変形量を出力する（Ｓ６）。そして、その結果を、前述の場合と同様に、設計時の設計公差と比較する（Ｓ７）。
【００４６】
この場合は、光学素子３０の設計段階で設定された設計公差は、偏差のＰＶ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙ）が５μｍであるのに対し、例えば、シミュレーションの結果は、偏差のＰＶが４．５μｍであったとする。これにより、このシミュレーションモデルでは変形の許容範囲を満たす（Ｓ７でＹｅｓ）ため、設計変更した光学素子３０の形状に基いて製造される実物の光学素子３０ａを保持枠４０で固定保持することになる。
【００４７】
なお、所定の設計公差を満たした以降も実際の固定力量Ｐのばらつき等を考慮し、さらにＳ１〜Ｓ７を繰り返して、より偏差の小さい光学素子３０及び保持枠４０の形状を設計し、その形状にて固定保持するようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、シミュレーションモデルの部材として光学素子１０、３０を例として説明したが、これに限らず、例えばプリズムやミラー、回折格子等の光学系、その他、ガラス等の割れやすい材料を含む部品であって、鏡枠等の保持枠により固定保持する際の歪により機能が影響するようなものにも適用することが可能である。この点は、後述する実施の形態においても同様である。
【００４９】
本実施形態によれば、予めコンピュータによるシミュレーションを利用することで、保持枠４０に実物の光学素子３０ａを実際にかしめ固定する時の該光学素子３０ａに加わる歪を必要最小限に抑制しながら、実物の光学素子３０ａを保持枠４０に固定保持することができる。
（第２の実施の形態）
本実施形態では、シミュレーションモデルとして、実施形態１のモデルとは形状が異なる光学素子５０の固定保持について説明する。
【００５０】
図９に示すように、所望の光学的性能を満足するであろう光学素子５０の形状設計を行い、その光学素子５０をシミュレーションモデルとして保持枠６０にかしめ固定することを考える。
【００５１】
光学素子５０は、所定の曲率半径で形成された一対の光学機能面５２，５４と、外周面５６と、光学機能面５２及び外周面５６を接続する上端面５７と、この上端面５７と外周面５６との角部に形成した面取り部（第２の位置）５９と、を有するメニスカスレンズを想定している。光学素子５０は、第２の位置に対して対向する位置となる、光学機能面５４の受け面（第１の位置）５５で保持枠６０に下方から支持されることを考える。なお、上端面５７は光軸に垂直な平面である。また、面取り部５９は光軸に対して４５°の角度で傾斜する平面である。
【００５２】
想定対象となった保持枠６０は、略円筒状の枠体６１の内側下部に形成されたレンズ受け部６６と、このレンズ受け部６６に対向して内側上部に形成されたかしめ圧着部６４と、レンズ受け部６６及びかしめ圧着部６４間に形成されたレンズ収容部６２とを有している。
【００５３】
そして、想定された光学素子５０を、レンズ収容部６２に収容し、レンズ受け部６６で光学素子５０の光学機能面５４の受け面５５を受け止め、さらに、レンズ受け部６６に対向して配置されたかしめ圧着部６４に斜め上方（矢印方向）から力を加えてかしめ圧着部６４を変形させ、そして、かしめ圧着部６４により、光学素子５０の面取り部５９を圧着して固定保持するものとする。これにより、光学素子５０は固定力量Ｐで固定保持される。
【００５４】
本実施形態のシミュレーションについて、図１０のフローチャートに沿って手順を説明する。
まず、設計された図９の光学素子５０の形状をプリソフトに読込ませる（Ｓｌ１）。
【００５５】
次に、プリソフトにて前述した図６と同様のメッシュを使用し光学素子５０と同形状のメッシュを有する光学素子５０を作成する（Ｓ１２）。
次に、プリソフトに読込ませた光学素子５０の面取り部５９を荷重の付与位置（第２の位置）とし、荷重を加える方向を面取り部５９に対して垂直な方向として指定すると共に荷重の大きさとして、固定力量Ｐ＝１５Ｎを付与するようにプリソフトに荷重条件を読込ませる（Ｓ１３）。この荷重条件としての固定力量Ｐは、実際に現物をかしめたものの固定力量を実験的に求めたものである。この場合、形状やかしめ構成にあわせて実験的に求めた値、あるいはこれまでの製品の中から形状や構成的に近いものを選定し、その製品の固定力量Ｐを使用することで現実的な検討が可能である。
【００５６】
続いて、境界条件を読込ませる（Ｓ１４）。すなわち、保持枠６０のレンズ受け部６６に接触すると想定される、プリソフトに読込ませた光学素子５０の部分（受け面５５）を拘束すること、を境界条件として読込ませる。これらにより、プリソフトにて前述した図６と同様の、メッシュを有する光学素子５０のシミュレーションモデルを作成する。
【００５７】
作成されたシミュレーションモデルにてシミュレーションを実行（Ｓ１５）し、その出力として光学素子５０の光学機能面５２，５４における光学有効径内の変形量を出力する（Ｓ１６）。
【００５８】
出力された変形量に基いて、例えばシミュレーションモデルの光学有効径内における変形前と変形後の各節点座標を出力し、各接点座標の偏差を評価し、評価に基いて変形後の設計形状となる近似した非球面形状を求め、その非球面形状における光学機能面５２’，５４’での光学性能についてシミュレーションを行う（Ｓ１７）。
【００５９】
具体的には、変形後の近似した非球面形状と変形前の設計形状との差異が設計公差の範囲内にあるか否かを評価する。そして、変形量の評価の結果、範囲内であれば（Ｙｅｓ）、シミュレーションモデルとなった光学素子５０の実物の光学素子５０ａが製造されて、実物の保持枠６０に固定保持される。一方、範囲内でなく（Ｎｏ）、プリソフトに読込ませた光学素子５０の設計段階で設定された性能を満足できないことがわかったとする。
【００６０】
この場合には、次に、プリソフトにて既に作成されているメッシュを有する光学素子５０への荷重条件を変更して、具体的には、固定力量Ｐを加える方向を変更して、ステップＳ１３から再びシミュレーションを繰り返す。シミュレーションにおいては、この条件変更は極めて容易な作業である。
【００６１】
したがって本実施形態では、光学素子５０の形状を変更することなく、加える力の位置（第２の位置）を同じにし、加える力の方向を変更して対応する、具体的には、例えば面取り部５９に対して加える固定力量Ｐの角度（方向）を光軸に対してより平行になる角度へ変更して、（例えば、光軸に対して４５°の角度であった面取り部５９に替えて、光軸に対して６０°の角度で傾斜する面取り部を想定し、既に作成されているメッシュを有する光学素子５０の面取り部５９に、光軸に対して３０°の方向に固定力量Ｐを付与し）ステップＳ１３から再びシミュレーションを繰り返すこととする。
【００６２】
図１１は、荷重条件が変更された後、固定保持条件が設計公差の範囲内にあるとされた光学素子７０の形状に基いて製造された実物の光学素子７０ａを、実物の保持枠８０にかしめ固定した状態を示す図である。
【００６３】
光学素子（メニスカスレンズ）７０は、所定の曲率半径で形成された一対の光学機能面７２，７４と、外周面７６と、光学機能面７２及び外周面７６を接続する上端面７７と、この上端面７７と外周面７６との角部に形成した面取り部（第２の位置）７９と、を有している。
【００６４】
この面取り部７９は、図９の面取り部５９の面取り角度を変更したものである。この面取り部７９の面取り角度は、固定力量Ｐを加える方向を変更したことに伴って変更された角度である。また、光学素子７０ａは、光学機能面７４の受け面（第１の位置）７５で保持枠８０に下方から支持される。
【００６５】
保持枠８０は、図９の保持枠６０と近似した形状を有し、略円筒状の枠体８１の内側下部に形成されたレンズ受け部８６と、このレンズ受け部８６に対向して内側上部に形成されたかしめ圧着部８４と、レンズ受け部８６及びかしめ圧着部８４間に形成されたレンズ収容部８２とを有している。
【００６６】
そして、実物の光学素子７０ａを、実物の保持枠８０のレンズ収容部８２に収容し、レンズ受け部８６で光学機能面７４の受け面７５を受け止め、さらに、レンズ受け部８６に対向して配置されたかしめ圧着部８４に斜め上方（図１１の矢印方向）から力を加え、かしめ圧着部８４を変形させ、そして、光学素子７０の面取り部７９にかしめ圧着部８４を圧着して固定力量Ｐで固定保持するものとする。
【００６７】
このため、本実施の形態のシミュレーションでは、既にＳ１２でプリソフトにて作成されている図６と同様のメッシュを有する光学素子５０に対し、光学素子５０の面取り部５９を荷重の付与位置（第２の位置）とし、荷重を加える方向（角度）を変更した新たな方向（角度）を指定すると共に固定力量Ｐ＝１５Ｎを付与するようにプリソフトに読込ませる（Ｓ１３）。
【００６８】
続いて、レンズ受け部８６に接触する光学素子部分を拘束すること、を境界条件として読込ませる（Ｓ１４）。これらにより、プリソフトにて前述した図６と同様のメッシュを有するシミュレーションモデルを作成する。
【００６９】
１回目と同様に、作成されたシミュレーションモデルにてシミュレーションを実行（Ｓ１５）し、その出力として光学素子５０の光学機能面５２，５４、光学有効径内の変形量を出力する（Ｓ１６）。その結果を、前述と同様に、設計時の要求性能（設計公差）と比較する（Ｓ１７）。その結果、設計性能を満足することがわかったとすると、光学素子５０の形状に替えて、固定力量Ｐを付与する方向を変更したことに伴って設計された新たな光学素子７０を得、この光学素子７０の形状に基いて製造された実物の光学素子７０ａにつき、固定力量Ｐの位置（第２の位置）と方向にて光学素子７０ａを固定保持する。
【００７０】
なお、プリソフトに読み込まれている光学素子５０の面取り部５９への固定力量Ｐの付与、及び固定力量Ｐによる固定保持箇所の設定において、凸レンズや凸メニスカスレンズ形状についてはレンズの径方向、また、凹レンズや凹メニスカスレンズ形状については光軸方向への力に対して剛性が高いため、その方向に固定力量Ｐの付与等を設定するのが望ましい。
【００７１】
本実施形態によれば、コンピュータによるシミュレーションを利用し、シミュレーションモデルとなる光学素子５０の形状を変更することなく、光学素子５０への固定力量Ｐを加える方向の変更の指定のみによって、光学素子に発生する歪を必要最小限に抑制しながら保持枠８０に固定保持することができる光学素子７０ａの形状を得ることができる。
（第３の実施の形態）
本実施の形態では、シミュレーションモデルとして、実施形態１，２とは形状が異なる光学素子９０の固定保持について説明する。
【００７２】
図１２に示すように、所望の光学性能を満足するであろう光学素子９０の形状を設計し、これをシミュレーションモデルとして保持枠１００にかしめ固定することを考える。
光学素子９０は、所定の曲率半径で形成された一対の光学機能面９２，９４と、外周面９６と、光学機能面９２及び外周面９６を接続する上端面（第２の位置）９７と、光学機能面９４と外周面９６とを接続する下端面（第１の位置）９８と、を有する両凹レンズを想定している。光学素子９０は、第２の位置に対して対向する位置となる、光学機能面９４の下端面９８で保持枠１００に下方から支持されることを考える。上端面９７と下端面９８は、光軸に垂直な平面である。
【００７３】
想定対象となった保持枠１００は、略円筒状の枠体１０１の内側下部に形成されたレンズ受け部１０６と、このレンズ受け部１０６に対向して内側上部に形成されたかしめ圧着部１０４と、レンズ受け部１０６及びかしめ圧着部１０４間に形成されたレンズ収容部１０２とを有している。レンズ受け部１０６は、光学素子９０を面で受けるように形成されている。
【００７４】
そして、想定された光学素子９０を、レンズ収容部１０２に収容し、レンズ受け部１０６で光学素子９０の一方の光学機能面９４の下端面９８を受け止め、さらに、レンズ受け部１０６に対向して配置されたかしめ圧着部１０４に斜め上方（矢印方向）から力を加え、かしめ圧着部１０４を変形させ、そして、光学素子９０の上端面９７を圧着して固定力量Ｐにより固定保持するものとする。
【００７５】
本実施形態におけるシミュレーションについて、前述した図１０のフローチャートに沿って手順を説明する。
まず、設計された光学素子９０の形状（図１２）をプリソフトに読込ませる（Ｓ１ｌ）。
【００７６】
次に、プリソフトにて前述した図６と同様のメッシュを使用し光学素子９０と同形状のメッシュを有する光学素子９０を作成する（Ｓ１２）。
次に、プリソフトに読み込ませた光学素子９０の上端面９７を荷重の付与位置（第２の位置）として、荷重を加える方向（上端面９７に垂直な方向）を指定すると共に荷重の大きさとして固定力量Ｐ＝１５Ｎを付与するようプリソフトに荷重条件を読込ませる（Ｓ１３）。
【００７７】
続いて、境界条件を読み込ませる。すなわち、光学素子９０の下端面９８に接触して光学素子部分を拘束すること、を境界条件として、プリソフトに読込ませる（Ｓ１４）。これらにより、プリソフトにて前述した図６と同様の、メッシュを有するシミュレーションモデルを作成する。
【００７８】
作成されたシミュレーションモデルにより、シミュレーションを実行（Ｓ１５）し、その出力として光学素子９０の光学機能面９２，９４における光学有効径内の変形量を出力する（Ｓ１６）。変形量の評価は、例えばシミュレーションモデルの光学有効径内における変形前と変更後の節点座標を出力し、設計形状からの偏差のＰＶを評価することにより、所定の変形量以下か否かを評価する（Ｓ１７）。
【００７９】
このとき、所定の変形量以下（Ｙｅｓ）であれば、シミュレーションモデルとなった光学素子９０の形状の実物の光学素子９０ａが製造されて、実物の保持枠１００に固定保持される。一方、例えば光学素子９０の設計段階で設定された変形の許容範囲をその偏差のＰＶで１μｍとし、シミュレーションの結果から偏差のＰＶが１．５μｍであったとすると、このシミュレーションモデルでは変形後は許容範囲（光学性能）を満足することができなくなる。
【００８０】
よって、この対応として、光学素子９０の荷重付与位置（第２の位置）を変更すると共に荷重を加える方向を再度指定する。この場合、シミュレーションモデルとして、光学素子９０の形状を変更せずにその形状を使用することとする。
【００８１】
図１３は、荷重付与位置が変更され、荷重を加える方向が変更された後、光学素子の固定保持条件が所定の光学性能を満足する許容範囲内（設計公差範囲内）であるとされた光学素子１１０の形状に基いて製造された、実物の光学素子１１０ａを実物の保持枠１２０にかしめ固定された状態を示す図である。
【００８２】
この光学素子（両凹レンズ）１１０は、前述した光学素子９０と略同様の形状を有し、所定の曲率半径で形成された一対の光学機能面１１２，１１４と、外周面１１６と、光学機能面１１２及び外周面１１６を接続する上端面１１７と、光学機能面１１４及び外周面１１６を接続する下端面（第１の位置）１１８と、を有している。上端面１１７と下端面１１８は、光軸に垂直な平面である。
【００８３】
この光学素子１１０は、外周面１１６の中間部位置に傾斜段部（第２の位置）１１９を有する溝が形成されている点のみが、前述した光学素子９０と相違している。なお、傾斜段部１１９の傾斜面は、光軸に対し約７５°の角度で傾斜する平面である。
【００８４】
また、光学素子１１０の形状に基いて製造された実物の光学素子１１０ａは、光学機能面１１４の下端面１１８で保持枠１２０により下方から支持される。
光学素子１１０ａを支持する保持枠１２０は、前述した保持枠１００の丈（軸方向の長さ）を短くしたものに相当し、略円筒状の短い枠体１２１の内側下部に形成されたレンズ受け部１２６と、このレンズ受け部１２６に対向して内側上部に形成されたかしめ圧着部１２４と、レンズ受け部１２６及びかしめ圧着部１２４間に形成されたレンズ収容部１２２とを有している。
【００８５】
レンズ受け部１２６は、光学素子１１０ａを面で受けるように形成されている。また、保持枠１２０のかしめ圧着部１２４は、光学素子１１０ａの傾斜段部１１９に対応して設けられている。そして、この傾斜段部１１９に保持枠１２０のかしめ圧着部１２４を圧着して光学素子１１０ａを固定保持する構成となっている。
【００８６】
このため、本実施の形態のシミュレーションでは、既にＳ１２でプリソフトにて作成されている図６と同様のメッシュを有する光学素子９０に対し、光学素子９０の傾斜段部１１９に対応する、光学素子９０の外周面１１６の中間部位置を荷重の付与位置（第２の位置）として、また、この付与位置に対して荷重を加える方向（角度）を変更した新たな角度を指定して、この傾斜段部１１９に固定力量Ｐ＝１５Ｎを付与するようプリソフトに荷重条件を読込ませる（Ｓ１３）。このとき、荷重条件としての荷重Ｐの付与方向は、実際の形状において構成される傾斜段部１１９の斜面に対し略垂直方向となる方向に設定する。
【００８７】
続いて、レンズ受け部１２６に接触する光学素子部分（下端面１１８）を拘束すること、を境界条件としてプリソフトに読込ませる（Ｓ１４）。これらにより、プリソフトにて前述した図６と同様の、メッシュを有するシミュレーションモデルを作成する。
【００８８】
１回目と同様に、作成されたシミュレーションモデルにてシミュレーションを実行し（Ｓ１５）、その出力として光学素子１１０の光学機能面１１２，１１４における光学有効径内の変形量を出力する（Ｓ１６）。その結果を、前述と同様に、設計時の要求精度（設計公差）と比較する（Ｓ１７）。この場合、偏差のＰＶは０．６μｍであり、変形の精度を満たすことがわかったとすると、その光学素子１１０への荷重条件及び境界条件に基いた光学素子の形状に基いて、実物の光学素子１１０ａを製造し、この光学素子１１０ａを保持枠１２０にて固定力量Ｐにより固定保持することとなる。
【００８９】
なお、シミュレーションモデルは対象物が軸対称であれば２次元モデルを使用し、また、対象物が非軸対称であれば３次元モデルを使用するのがよい。
本実施形態によれば、コンピュータによるシミュレーションを利用し、シミュレーションモデルとなる光学素子９０の形状を変更することなく、光学素子９０への固定力量Ｐの付与位置及び固定力量Ｐを加える方向の変更によって、光学素子に発生する歪を必要最小限に抑制しながら保持枠に固定保持することができる光学素子１１０ａの形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明方法を実施するためのシミュレーション装置の全体構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態を説明するための光学素子の断面を示す図である。
【図３】第１の実施の形態で想定する保持枠の断面を示す図である。
【図４】第１の実施の形態で想定する保持枠にかしめ固定された光学素子の断面図である。
【図５】本実施形態のフローチャートを示す図である。
【図６】光学素子のシミュレーションモデルを示す図である。
【図７】同上の部分拡大を示す図である。
【図８】光学素子の形状変更されたシミュレーションモデルを示す図である。
【図９】第２の実施の形態で想定する保持枠にかしめ固定された光学素子の断面図である。
【図１０】本実施形態のフローチャートを示す図である。
【図１１】保持枠にかしめ固定された形状変更された光学素子の形状を示す図である。
【図１２】第３の実施の形態で想定する保持枠にかしめ固定された光学素子の形状を示す図である。
【図１３】保持枠にかしめ固定された形状変更された光学素子の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１        シミュレーション装置
２        コンピュータ本体
３        モニター
４        キーボード
５        マウス
６        ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
７        中央演算処理装置（ＣＰＵ）
８        記憶装置（メモリ）
９        読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
１０、３０、５０、７０、９０、１１０      光学素子
１２、３２、５２、７２、９２、１１２      光学機能面
１４、３４、５４、７４、９４、１１４      光学機能面
１５、３５、５５、７５      受け面
１６、５６、７６、９６、１１６      外周面
１７、５７、７７、９７、１１７      上端面
１８、３８、９８、１１８      下端面
１９      メッシュ
２０、４０、６０、８０、１００、１２０      保持枠
２１、４１、６１、８１、１０１、１２１      枠体
２２、４２、６２、８２、１０２、１２２      レンズ収容部
２４、４４、６４、８４、１０４、１２４      かしめ圧着部
２６、４６、６６、８６、１０６、１２６      レンズ受け部
３６      第１の外周面
３６’    第２の外周面
３７、１１９      傾斜段部
５９、７９      面取り部
【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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