JP2010210923A - 光学部材の固定装置及び固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材の大きさ等にかかわらず、歪み等が発生することを防止しつつ、確実に保持部材に光学部材を固定することができる光学部材の固定装置を提供する。
【解決手段】光学部材の固定装置１は、塑性変形可能なかしめ部を有するレンズ枠６にレンズ５を固定する固定装置であって、レンズ枠６が固定される固定部２と、固定部２に対して相対移動することで、固定部２に固定されたレンズ枠６のかしめ部に当接してかしめ部を押圧可能なかしめ棒部３と、かしめ棒部３がかしめ部を押圧した時にかしめ部に作用する荷重を検知する検知手段４０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部材の固定装置及び固定方法に関する。

従来、レンズ等の光学部材がカシメ等によって保持枠等の保持部材に固定された光学ユニットが広く使用されている。特許文献１には、このような固定の際に用いられるレンズの固定保持方法が記載されている。以下、図８を参照して、この固定保持方法について説明する。

図８に示すように、レンズ１０４には、レンズ１０４の外径より内側かつレンズ１０４の前面１０５の有効径より外側の位置となるレンズ光軸１１４を中心とした円周上に縁１０８が形成され、縁１０８から外径までの側面がレンズ圧着部１１０とされている。

レンズ圧着部１１０はレンズ光軸１１４側に向けられた傾斜を有する。すなわち、レンズ圧着部１１０はレンズ光軸１１４に対して傾斜しており、さらにレンズ圧着部１１０に立てた法線は前面１０５側に行くにつれて光軸１１４から離間している。
レンズ１０４をレンズ保持枠１０１のレンズ落とし込み孔１０３に落とし込み、レンズ１０４の片側をレンズ保持枠１０１のレンズ受け部１０２で受け止める。レンズ保持枠１０１に設けたかしめ押圧部１０９に右斜め上方向から力を加え、かしめ押圧部１０９を変形させてレンズ圧着部１１０に圧着させると、かしめによりレンズ１０４がレンズ保持枠１０１に一体に固定保持される。

特開２００５−１０７２１４号公報

特許文献１に記載の固定方法では、固定されるレンズの有効径の外側にレンズ圧着部を設けることで、カシメ時に発生する荷重によるレンズの歪み等を防いでいる。
しかしながら、固定されるレンズ等が薄い等の場合、レンズ圧着部を設けることは困難である。この場合、特許文献１に記載の固定方法では、レンズ等をかしめるためにどの程度の荷重がかかっているかが把握できないので、荷重不足によりレンズを保持部材に十分な強度で固定できなかったり、荷重が大きすぎる結果レンズの光学面に歪み等が生じたりする等の問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、光学部材の大きさ等にかかわらず、歪み等が発生することを防止しつつ、確実に保持部材に光学部材を固定することができる光学部材の固定装置及び固定方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様である光学部材の固定装置は、塑性変形可能なかしめ部を有する保持部材に光学部材を固定する光学部材の固定装置であって、前記保持部材が固定される固定部と、前記固定部に対して相対移動することで、前記固定部に固定された前記保持部材の前記かしめ部に当接して前記かしめ部を押圧可能な荷重付与部と、前記荷重付与部が前記かしめ部を押圧した時に前記かしめ部に作用する荷重を検知する検知手段とを備えることを特徴とする。

前記固定部は、固定された前記保持部材の軸線回りに回転可能に構成されてもよい。
また、前記固定部は、回転軸と、前記回転軸と接触して設けられ、前記保持部材が設置されるステージとを有し、前記ステージは、前記回転軸に対して、前記回転軸の軸線と直交する方向に相対移動可能であってもよい。

本発明の光学部材の固定装置は、前記荷重付与部に取り付けられ、前記荷重付与部の回転を検出する検出手段をさらに備え、前記荷重付与部は、所定の軸線回りに回転可能であり、自身の前記軸線と、前記回転軸の軸線とが平行である状態を保ちながら前記かしめ部に当接されてもよい。

本発明の第二の態様である光学部材の固定方法は、塑性変形可能なかしめ部を有する保持部材に光学部材を固定する固定方法であって、前記かしめ部に加えられる荷重を検知しつつ、前記荷重が所望の大きさになるまで漸増させる荷重付与工程と、前記荷重が所望の大きさになったところで前記荷重を維持し、前記かしめ部を押圧して塑性変形させるかしめ工程とを備えることを特徴とする。

本発明の光学部材の固定装置及び固定方法によれば、光学部材の大きさ等にかかわらず、歪み等が発生することを防止しつつ、確実に保持部材に光学部材を固定することができる。

本発明の一実施形態に係る光学部材の固定装置の概略構成を示す斜視図である。 同固定装置のかしめ棒部及び上下駆動部を示す側面図である。 同かしめ棒部を示す断面図である。 同固定装置を用いて行われる固定方法の流れを示すフローチャートである。 同固定装置の使用時の動作を示す図である 同固定装置の使用時の動作を示す図である 同固定装置の検知手段の検出値の一例を示すグラフである。 従来のレンズとレンズ保持枠の一例を示す図である。

本発明の一実施形態の光学部材の固定装置（以下、単に「固定装置」と称する。）及び、光学部材の固定方法（以下、単に「固定方法」と称する。）について、図１から図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態の固定装置１の概略構成を示す斜視図である。固定装置１は、レンズ（光学部材）５をレンズ枠（保持部材）６にかしめ固定する装置であって、レンズ枠６が固定される固定部２と、固定部２に対して相対移動可能かつ固定部２に固定されたレンズ枠６を押圧可能に構成されたかしめ棒部（荷重付与部）３とを備えて構成されている。

固定部２は、回転軸１２と、回転軸１２を回転させるための駆動部１１と、回転軸１２に接触して設けられ、レンズ枠６が取り付けられるステージ１３とを備えている。
駆動部１１は、モータ等の公知の構成を有し、基台１０上に設置されている。回転軸１２は、自身の軸線が駆動部１１の回転軸と一致するように駆動部１１上に取り付けられている。

ステージ１３は、回転軸１２の軸線方向の端部に、回転軸１２と共に回転可能に取り付けられている。図５に示すように、ステージ１３は上面に嵌合部１３Ａを有し、レンズ枠６を嵌合部１３Ａに嵌合することによって、ステージ１３上にレンズ枠６を固定することが可能である。嵌合部１３Ａとレンズ枠６との嵌合態様に特に制限はなく、ネジ嵌合や凹凸嵌合等の各種の嵌合を採用することができる。
ステージ１３は、Ｘツマミ１４及びＹツマミ１５を有するＸＹステージであり、Ｘツマミ１４及びＹツマミ１５を操作することによって、ステージ１３を回転軸１２上で水平方向に移動させることができる。これにより、ステージ１３に固定されたレンズ枠６の軸線と回転軸１２とが同軸となるように、微調整を行うことが可能である。

図２は、かしめ棒部３の側面図である。かしめ棒部３は、かしめ棒を回転可能に保持する保持部２０と、保持部２０及びかしめ棒を上下に駆動する上下駆動部３０とを備えている。
図３は保持部２０の断面図である。図２及び図３に示すように、保持部２０は、かしめ棒２１を支持する支持部材２２と、支持部材２２に対してかしめ棒２１を回転可能に保持する軸受け部２３と、かしめ棒２１に取り付けられる回転検出部２４とを備えている。かしめ棒２１は、図３に示すように、レンズ枠６に当接してかしめを行う先端部２５と、先端部２５と接続されて、支持部材２２に固定される軸部２６とを備える。先端部２５と軸部２６との接続態様に特に制限はなく、例えばネジ嵌合等を好適に採用することができる。先端部２５の一部にはレンズ枠６に対して一定の角度で接し、かしめを好適に行えるようにテーパ面２５Ａ（図５参照）が形成されている。

支持部材２２は、一方の端部が上下駆動部３０と接続され、他方の端部に上下方向に貫通する貫通孔２２Ａが設けられてかしめ棒２１の軸部２６が挿通されている。軸受け部２３はフランジ２７Ａを有する一対のベアリング２７からなり、貫通孔２２Ａの両端に取り付けられて、かしめ棒２１の軸部２６を、軸線周りに回転可能かつ軸線方向に摺動不能に支持部材２２に保持している。軸受け部２３は、軸部２６を軸線周りに回転可能に保持できればその構造に特に制限はなく、例えばすべり軸受け等の公知の各種機構を採用することが可能である。
回転検出部２４は、軸部２６の一部、例えば図２及び図３に示すような上端に取り付けられており、かしめ棒２１の回転を検出して、後述するようにかしめの開始タイミングを検出する。回転検出部２４としては、公知の各種のロータリーエンコーダ等を採用することができる。

上下駆動部３０は、上下軸３１と、上下軸３１を回転駆動させる駆動部３２と、保持部２０と連結されて上下軸に取り付けられる移動軸受け３３と、移動軸受け３３及び保持部２０の上下動を安定させるためのガイド３４とを備えている。

上下軸３１は、基台１０上に支持されており、軸線回りに回転可能である。上下軸３１の外周面には、らせん状にカム溝が形成されている。駆動部３２は、モータ等の公知の機構を有し、上下軸３１を軸線周りに回転させることが可能であり、一定かつ比較的低速（例えば０．０４ｍｍ／秒）で移動軸受け３３を上下に移動させることができるものが好ましい。このような駆動部としては、例えばステッピングモータ等を挙げることができる。

移動軸受け３３は、弾性体で構成される連結部材３５によって保持部２０と連結されており、図示しない係止部が上下軸３１のカム溝に係合することによって、上下軸３１に支持されている。ガイド３４は、上下軸３１と平行に基台１０上に支持されており、図示しないガイド溝を有する。移動軸受け３３及び保持部２０の支持部材２２の一方の端部は、ガイド３４のガイド溝内に収容されており（図２参照）、移動軸受け３３及び支持部材２２は、上下軸３１の軸線周りの変位が規制されて安定した上下動をするように案内されている。なお、図３に示すように、支持部材２２は、上下軸３１に支持されておらず、上下軸３１に対してフリーの状態でガイド３４のガイド溝の規制のみ受ける構成となっている。

支持部材２２の移動軸受け３３に対向する面上には、かしめ棒２１にかかる荷重を検出可能な検知手段４０が取り付けられている。検知手段４０としては、公知のロードセル等を好適に採用することができる。検知手段４０は、所定の大きさのプリロードが負荷されるように支持部材２３と移動軸受け３３との間に挟持されており、当該挟持状態が連結部材３５によって維持されるように連結部材３５の長さや取付位置が設定されている。

プリロードは、かしめ棒２１を含む保持部２０及び検知手段４０の重量をキャンセルして、かしめ時にレンズ枠６に加えられる荷重を正確に検知するための荷重であり、当該重量より大きい値、（例えば当該重量が１キログラム（ｋｇ）の場合、２ｋｇ）に設定されるのが好ましい。

回転検出部２４及び検知手段４０は、図示しないモニタ等の表示装置に接続されており、これらの機構の検出結果が当該表示装置に表示される。

上記のように構成された固定装置１を用いてレンズ５をレンズ枠６に固定する際の固定方法について説明する。図４は、本実施形態における固定方法の流れを示すフローチャートである。本実施形態の固定方法は、レンズ枠６のかしめ部（後述）に作用する荷重を検知しつつ、当該荷重が所望の大きさになるまで漸増させる荷重付与工程と、当該荷重が所望の大きさになったところで荷重を維持し、かしめ部を押圧して塑性変形させるかしめ工程とを備えている。

まずステップＳ１０のかしめ準備工程において、ユーザはレンズ５を装填したレンズ枠６をステージ１３に固定する。そして、Ｘツマミ１４及びＹツマミ１５を操作してステージ１３を回転軸１２に対して相対移動させ、回転軸１２とレンズ枠６とが同軸となるように芯調整を行う。
次に、ユーザは上下駆動部３０を操作してかしめ棒２１を徐々に下降移動させる。図５に示すように、かしめ棒２１の先端部２５のテーパ面２５Ａがレンズ枠６のうち、レンズ５側に折り曲げられるかしめ部６Ａに好適に接触する様にかしめ棒２１とレンズ枠６との軸間距離を調整する。軸間距離を調整後、ユーザはかしめ棒２１を任意の位置に上昇させる。

続くステップＳ２０において、ユーザは駆動部１１を操作して固定部２及びレンズ枠６を回転させながら、上下駆動部３０を動作させてかしめ棒２１を徐々に下降させ、レンズ枠６に接近させる。並行して、ユーザは回転検出部２４及び検知手段４０を起動させ、かしめ棒２１の回転及びかしめ棒２１にかかるかしめ荷重の検出を開始する。図７は、検知手段４０のアウトプットの一例を示すグラフである。ステップＳ２０におけるアウトプットを示す範囲は、図７のＡ１の範囲である。Ａ１の範囲では、かしめ棒２１を含む保持部２０及び検知手段４０の重量とプリロードとの差分の荷重のみが検知手段４０に作用しているため、検知手段４０のアウトプットは本実施形態における当該差分と略等しい１．７キログラム重（ｋｇｆ）前後で推移している。

ステップＳ３０では、回転軸１２とかしめ棒２１の回転軸とが平行状態を保ちながら下降し、かしめ棒２１の先端部２５において、レンズ枠６のうち、かしめによって変形されてレンズ５を押圧固定するかしめ部６Ａとテーパ面２５Ａとが当接する。かしめ部６Ａとテーパ面２５Ａとの間の摩擦力が所定の大きさに達すると、レンズ枠６の回転に連れてかしめ棒２１が連れ回りを開始する（図７にＰ１で示す時点）。かしめ棒２１の回転は、回転検出部２４で常時モニターされ、回転検出部２４がかしめ棒２１の回転を検出した時点が、かしめが開始された時点と判断される。回転検出部２４がかしめの開始を判断するまでステップＳ３０が繰り返され、かしめが開始されたと判断された時点で、処理はステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、かしめ棒２１の下降が一旦停止され、連れ回り以前の任意の時間帯について検知手段４０が検出した荷重平均値を算出し、当該荷重平均値をかしめ開始荷重値として目的荷重量を加えた目的荷重値を算出する。このような算出は、ユーザが行ってもよいし、固定装置１に接続された演算装置等に行わせてもよい。

ステップＳ５０において、かしめ棒２１はさらに下降してレンズ枠６に押し付けられ、かしめ棒２１にかかる荷重が増加していき、レンズ枠６のかしめ部６Ａに加えられる荷重も漸増する（図７にＡ２で示す範囲、荷重付与工程）。これと並行して検知手段４０でかしめ棒２１にかかる荷重が引き続きモニターされる。この時点では、かしめ棒２１にかかる荷重のうち、かしめ部６Ａに加えられる荷重（かしめ荷重）が、かしめ開始荷重値との差分として高精度に検知されている。
ステップＳ５０は、かしめ棒２１にかかる荷重が上述の目的荷重値に達するまで繰り返され、目的荷重値に達したところで処理はステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、上下駆動部３０の駆動部３２の動作が停止されてかしめ棒２１の下降が停止される（図７にＰ２で示す時点）。このため、かしめ棒２１にかかる荷重は目的荷重値に保持され、かしめ棒２１とレンズ枠６との連れ回りが継続され、レンズ枠６の全周にわたってかしめ部６Ａが変形され、装填されたレンズ５に対して押し付けられる（かしめ工程）。このようにしてレンズ枠６のかしめが全周にわたって好適に行われ、図６に示すように、レンズ５がレンズ枠６に対して固定される。また、かしめ棒２１の下降停止と同時になじませ時間のカウントが開始される。なじませ時間はかしめ部６Ａのかしめによる変形を安定させて、レンズ５の保持を確実にするための時間であり、その長さはかしめ部の形状や厚み、材質等を考慮して適宜設定されてよい。

ステップＳ７０では、設定された長さのなじませ時間が経過したかどうかが確認される。ステップＳ７０はなじませ時間が経過するまで繰り返され、なじませ時間が経過したところ（図７にＰ３で示す時点）で処理はステップＳ８０に進む。

最後にステップＳ８０において、検知手段４０の荷重モニターが終了し、固定部２の駆動部１１が停止する。そして、かしめ棒２１が任意の位置に上昇され、かしめによるレンズ５のレンズ枠６への固定作業が終了される。

以上のように、固定装置１を用いた本実施形態の固定方法によれば、ステップＳ５０の荷重付与工程で、かしめ棒２１にかかる荷重が検知手段４０によって検出されつつ漸増され、レンズ枠６に加えられる荷重が所望の大きさとなったことが検知手段４０によって検出されたところで、かしめ棒２１のレンズ枠６への接近が停止される。そして、かしめ棒２１とレンズ枠６との位置関係が固定され、ステップＳ６０のかしめ工程が行われる。
したがって、検知手段４０によって、かしめ棒２１に係る荷重が検出され、これにもとづいて荷重が所望の大きさに設定されてレンズ枠６のかしめが行われるので、レンズ５やレンズ枠６が薄い若しくは小さい等の理由で歪みが生じやすい場合でも、好適にかしめによる固定を行うことができる。

また、本実施形態の固定装置１によれば、かしめ棒部３の支持部材２２と上下駆動部３０の移動軸受け３３とが弾性体からなる連結部材３５によって連結されているので、支持部材２２と移動軸受け３３との間に設置された検知手段４０によって、かしめ棒２１にかかる荷重を正確に検知することができる。

さらに、固定部２において、ステージ１３が駆動部１１に対して相対移動可能となっているので、ステージ１に固定されるレンズ枠６と駆動部１１の回転軸１２との軸合わせを確実に行って、好適なかしめ作業を行うことができる。

さらに回転検出部２４がかしめ棒２１のレンズ枠６との連れ回りを検出することによって、かしめ棒とレンズ枠との間に所定の大きさ以上の摩擦が生じたことを容易に検出できる。このため、かしめの開始時点を正確に捉え、目的加重値のベースとなる平均荷重値を正しく算出することができる。

本実施形態では、ステップＳ４０において、かしめ棒２１の下降が一旦停止される例を説明したが、これに代えて、かしめ棒２１が下降されながら目的荷重値が決定されてもよい。
また、ステップＳ３０、Ｓ５０、Ｓ７０等における判定は、表示装置に表示される回転検出部２４や検知手段４０等の検出値にもとづいてユーザが行ってもよいし、固定装置１に演算装置等を接続して制御部とし、この制御部に自動で判定させてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態においては、かしめ棒が上下移動可能に構成され、かしめ棒が下降することによってレンズ枠に接近する構成を説明したが、かしめ棒の移動方向に特に制限はなく、例えば、水平方向に移動することによってレンズ枠に接近する構成とされてもよい。ただし、上述の実施形態のようにすると、重力を利用でき、また、レンズ枠に装填されたレンズが安定するため、好ましい。

さらに、上述の実施形態においては、かしめ棒とレンズ枠とが連れ回りし、レンズ枠のかしめ部が全周にわたってかしめられる例を説明したが、これに代えて、レンズ枠が所定量回転して停止され、周方向の数箇所においてのみかしめ部が変形される、例えば３点かしめのようなスポットかしめによってレンズがレンズ枠に固定されてもよい。この場合、なじませ時間の間、レンズ枠は回転されずにかしめ棒が目的荷重値で当接されてかしめ部の塑性変形が安定化されればよい。

１ 光学部材の固定装置
２ 固定部
３ かしめ棒部（荷重付与部）
５ レンズ（光学部材）
６ レンズ枠（保持部材）
６Ａ かしめ部
１２ 回転軸
１３ ステージ
２４ 回転検出部（検出手段）
４０ 検知手段
Ｓ５０ 荷重付与工程
Ｓ６０ かしめ工程

Claims (5)

1. 塑性変形可能なかしめ部を有する保持部材に光学部材を固定する固定装置であって、
   前記保持部材が固定される固定部と、
   前記固定部に対して相対移動することで、前記固定部に固定された前記保持部材の前記かしめ部に当接して前記かしめ部を押圧可能な荷重付与部と、
   前記荷重付与部が前記かしめ部を押圧した時に前記かしめ部に作用する荷重を検知する検知手段と、
   を備えることを特徴とする固定装置。
2. 前記固定部は、固定された前記保持部材の軸線回りに回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固定装置。
3. 前記固定部は、回転軸と、前記回転軸と接触して設けられ、前記保持部材が設置されるステージとを有し、前記ステージは、前記回転軸に対して、前記回転軸の軸線と直交する方向に相対移動可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定装置。
4. 前記荷重付与部に取り付けられ、前記荷重付与部の回転を検出する検出手段をさらに備え、前記荷重付与部は、所定の軸線回りに回転可能であり、自身の前記軸線と、前記回転軸の軸線とが平行である状態を保ちながら前記かしめ部に当接されることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の固定装置。
5. 塑性変形可能なかしめ部を有する保持部材に光学部材を固定する固定方法であって、
   前記かしめ部に加えられる荷重を検知しつつ、前記荷重が所望の大きさになるまで漸増させる荷重付与工程と、
   前記荷重が所望の大きさになったところで前記荷重を維持し、前記かしめ部を押圧して塑性変形させるかしめ工程と、
   を備えることを特徴とする固定方法。

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