JP2013174793A

JP2013174793A - 光学ユニット

Info

Publication number: JP2013174793A
Application number: JP2012040267A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Funakura; 哲生船倉; Sanesuki Yabe; 実透矢部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-05

Abstract

【課題】矩形の光学レンズのレンズホルダーへの固定は、ガタが発生して光軸がずれる。
【解決手段】光学ユニット１００は、光学レンズ３、レンズホルダー４およびバネ２を備える。光学レンズ３は矩形のレンズである。レンズホルダー４は光学レンズ３を保持する。レンズホルダー４は光学レンズ３の光軸を法線とする第１の基準面および光軸方向に対して直角をなし光学レンズ３の矩形の互いに直角をなす２つの辺に対応する２つの第２の基準面を有する。バネ２は、光学レンズ３の側面に沿って配置された矩形の枠部２９および枠部２９に接続し光学レンズ３を基準面に押し当てるバネ部を有する。バネ部は、光学レンズ３を第１の基準面に押し当てる第１のバネ部と光学レンズ３を第１の基準面および第２の基準面の両方に押し当てる第２のバネ部とを有する。第１のバネ部と第２のバネ部とは枠部２９の対向する辺に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光学レンズを光学レンズ用鏡筒に付勢するための付勢部材を備えた光学ユニットに関する。

円筒形状をした鏡筒に円筒形状をした光学レンズを保持する場合、光学レンズの外形を、鏡筒に設けられた円筒形状のレンズ保持部にはめ込んでいる。光学レンズの光軸方向位置決め基準は、レンズ保持部に設けられた光学レンズ外形より少し小さい内径の段差部分に設けられる。光軸方向に直交する平面上の位置決め基準は、レンズ保持部の側面に設けられる。レンズ保持部の側面は前記光学レンズの外形サイズよりわずかに大きい。つまり、光学レンズを挿入してもガタの無い程度の大きさに成形されている。このレンズ保持部により、光学レンズは、鏡筒内の所定の位置に位置決めされる。光学レンズは、光軸方向に付勢する付勢ばね等で鏡筒に固定される（例えば、特許文献１参照）。

このように、円筒形状の鏡筒に使用される光学レンズは、外形形状が円筒形をしている。このため、加工が容易で、中心軸や外径の精度が出しやすい。また、同様にレンズ保持部の内径も精度が出しやすい。

特開２００８−３９８９５号公報

しかしながら、矩形の外形形状をした光学レンズを、円筒形状をした鏡筒に精度よく固定する場合、鏡筒の中心と光学レンズの中心を合わせて固定することは難しい。なぜなら、矩形形状をしたレンズの保持部の加工は、円筒形状をした物の加工に比べ加工精度が出しにくいからである。また、矩形形状をした光学レンズの加工は、円筒形状をした物の加工に比べ加工精度が出しにくいからである。つまり、円筒形状をした光学レンズの様に、光軸に垂直な平面方向の位置を、矩形形状をした光学レンズを外形だけで合わせると、レンズ保持部と光学レンズとの間でガタが発生する。

本発明に係る光学ユニットは、光線の光路上に配置される矩形の光学レンズと、前記光学レンズを保持するレンズホルダーと、前記光学レンズを前記レンズホルダーに固定するバネとを備え、前記レンズホルダーは、前記光学レンズの光軸を法線とする第１の基準面および前記光軸方向に対して直角をなし前記光学レンズの矩形の互いに直角をなす２つの辺に対応する２つの第２の基準面を有し、前記バネは、前記光学レンズの側面に沿って配置された矩形の枠部および前記枠部に接続し前記光学レンズを前記基準面に押し当てるバネ部を有し、前記バネ部は、前記光学レンズを前記第１の基準面に押し当てる第１のバネ部と前記光学レンズを前記第１の基準面および前記第２の基準面の両方に押し当てる第２のバネ部とを有し、前記第１のバネ部と前記第２のバネ部とは前記枠部の対向する辺に配置される。

本発明に係わる光学ユニットは、矩形形状の光学レンズの光軸を容易に合わせられる。

本実施形態１に係る光学ユニットの固定部の分解斜視図である。本実施形態１に係るレンズホルダーを＋ｚ軸方向から見た構成図である。本実施形態１に係る光学レンズを＋ｘ軸方向から見た図である。本実施形態１に係るバネを＋ｚ軸方向から見た図である。本実施形態１に係るバネ部の拡大図である。本実施形態１に係るバネおよび光学レンズがレンズホルダーに取り付けられた構成を説明する構成図である。本実施形態１に係るバネおよび光学レンズがレンズホルダーに取り付けられた構成を説明する構成図である。本実施形態２に係るバネを＋ｚ軸方向から見た図である。本実施形態３に係るバネおよび光学レンズがレンズホルダーに取り付けられた構成を説明する構成図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る光学ユニット１００の固定部の分解斜視図である。図の説明を容易にするために、各図中にｘｙｚ直交座標系の座標軸を示す。以下の説明において、矩形の光学レンズ３の長辺の方向をｘ軸方向とする。図１中右側を＋ｘ軸方向とし、左側を−ｘ軸方向とする。矩形の光学レンズ３の短辺の方向をｙ軸方向とする。図１中奥側を＋ｙ軸方向とし、手前側を−ｙ軸方向とする。光学レンズ３の光軸方向をｚ軸方向とする。図示しない光源の方向（図１中下側）を−ｚ軸方向とし、光源から出射する光の進行方向（図１中上側）を＋ｚ軸方向とする。

レンズホルダー４は、レンズ鏡筒を構成する部品である。レンズホルダー４は、光学レンズ３を所定位置に固定する部品である。光学レンズ３は、コリメートレンズをアレイ状にしたモールドレンズアレイである。光学レンズ３の外形状は、矩形をしている。光学レンズ３は、図示しない光源から射出された光線を平行光にする。バネ２は、光学レンズ３をレンズホルダー４に固定する。ネジ１は、バネ２をレンズホルダー４に固定する。

図２は、レンズホルダー４を＋ｚ軸方向から見た構成図である。レンズホルダー４の底部４０には複数の穴４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４０８が開いている。光源から射出した光線は、これらの穴４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４０８を通過して光学レンズ３に入射する。実施の形態１で説明するレンズホルダー４は、８個の光源を使用している。このため、穴４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４０８は、８個設けられている。ただし、光源の個数や穴の個数はこれに限られない。

光学ユニット１００は、＋ｚ軸方向に開口部４８を有する。光学レンズ３は、開口部４８からレンズホルダー４に取り付けられる。基準面４７は、レンズホルダー４に設けられたｚ軸方向の基準面である。基準面４７は、光学レンズ３のｚ軸方向の位置決めをする。ｚ軸方向とは、光学レンズ３の光軸方向である。基準面４７は、開口部４８より内側に突き出た面で、ｘｙ平面に平行な面である。

基準面４１は、レンズホルダー４に設けられたｘ軸方向の基準面である。基準面４１は、光学レンズ３のｘ軸方向の位置決めをする。基準面４１は、光学レンズ３を納める部分のｙｚ平面に平行な側面に設けられている。基準面４１は、ｙｚ平面に平行な面である。

基準面４２，４３は、レンズホルダー４に設けられたｙ軸方向の基準面である。基準面４２，４３は、光学レンズ３のｙ軸方向の位置決めをする。基準面４２，４３は、光学レンズ３を納める部分のｚｘ平面に平行な側面に設けられている。基準面４２，４３は、ｚｘ平面に平行な面である。

基準面４１，４２，４３は、側面に対して凸形状をしている。このようにある面の一部だけを凸形状にする事で、基準面４１，４２，４３の精度を出し易い。なぜなら、面の面積が小さくなるからである。これにより、基準面４１，４２，４３の管理も容易になる。短辺方向の基準面４１は、１箇所の凸形状で形成されている。長辺方向の基準面４２，４３は、２箇所の凸形状で形成されている。ただし、基準面４１，４２，４３の数はこれらに限られない。

図３は、光学レンズ３を＋ｘ軸方向から見た図である。光学レンズ３は、光源の数と同数のコリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８を有している。図３では、光学レンズ３は、８個のコリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８を有している。コリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８は、８個の光源と対応した位置に配置されている。コリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７８，３０８は、各光源から出射する光線を平行光に変換する。光学レンズ３は、矩形の板状のガラスに、コリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８を、２×４の配列で一体成形したモールドレンズアレイである。コリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７８，３０８は、ｘ軸方向に４個並んでいる。コリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８は、ｙ軸方向に２個並んでいる。レンズアレイは、レンズを規則正しく配置する事で単位面積あたりの収納効率を上げることができる。

光学レンズ３の外形には、レンズホルダー４の基準面４１，４２，４３に対応する位置に基準面３１，３２，３３が設けられている。光学レンズ３の短辺には、基準面３１が設けられている。光学レンズ３の長辺には、基準面３２，３３が設けられている。基準面３１，３２，３３は、光学レンズ３の外形に対して凸形状をしている。

基準面３１は、基準面４１に当接する。基準面４１は、レンズホルダー４に設けられたｘ軸方向の基準面である。基準面３２，３３は、基準面４２，４３に当接する。基準面４２，４３は、レンズホルダー４に設けられたｙ軸方向の基準面である。ここで、当接とは、突き当った状態に接触することである。このように、光学レンズ３の基準面３１，３２，３３が、レンズホルダー４の基準面４１，４２，４３に当接することで、コリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８の各光軸は、穴４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４０８の中心と一致する。

図４は、バネ２を＋ｚ軸方向から見た図である。バネ２の中央部には、開口２８が設けられている。開口２８は、バネ２とコリメートレンズ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８とが干渉しないような形状となっている光源から出射する光線は、開口２８の中を通過する。開口２８は４辺の枠部２９で囲まれている。枠部２９には、６つのバネ部２１，２２，２３，２４，２５，２６が設けられている。

バネ部２１は、＋ｘ軸方向の短辺の中央に設けられている。バネ部２２，２３は、＋ｙ軸方向の長辺に設けられている。バネ部２４は、−ｘ軸方向の短辺の中央に設けられている。バネ部２５，２６は、−ｙ軸方向の長辺に設けられている。バネ部２１，２２，２３は、光学レンズ３を基準面４７に押し当てる。バネ部２４は、基準面３１を基準面４１に押し当てる。バネ部２５，２６は、基準面３２，３３を基準面４２，４３に押し当てる。

バネ部２１は、ｙ軸方向において、レンズホルダー４０の基準面４１の位置に配置されている。バネ部２２は、ｘ軸方向において、レンズホルダー４０の基準面４２の位置に配置されている。バネ部２３は、ｘ軸方向において、レンズホルダー４０の基準面４３の位置に配置されている。バネ部２１，２２，２３は、光学レンズ３が光軸方向（ｚ軸方向）に浮き上がるのを防いでいる。

図５は、＋ｚ軸方向から見たバネ部２１の拡大図である。バネ部２１は、バネの腕の部分を２つに分けている。そして、光学レンズ３を押える位置をネジ貫通穴２７から遠くにしている。図８の矢印に示すように、バネの腕の長さを確保することで、バネ部２１のたわみを容易にしてバネ性を持たせている。このようなバネ構造により、狭いスペースでもバネ性を持たす事ができる。なお、本発明ではバネの腕の先端が繋がっているが、切り離していても同等の効果を得る事ができる。しかし、バネの腕の先端が繋がっている方が、バネ２を取扱う際に発生する変形などを防ぐことができる。

バネ部２４は、光学レンズ３の基準面３１と対向する辺を押える位置に配置されている。バネ部２５，２６は、光学レンズ３の基準面３２，３３と対向する辺を押える位置に配置されている。バネ部２４は、３光学レンズを、基準面４１に押し当てている。バネ部２５，２６は、３光学レンズを、基準面４２，４３に押し当てている。また、バネ部２４，２５，２６は、レンズホルダー４が、基準面４７から光軸方向（ｚ軸方向）に浮き上がらないように押えている。

バネ２は、光学レンズ３の＋ｚ軸方向からレンズホルダー４に取り付けられる。バネ２は、レンズホルダー４にネジ１で固定される。バネ２がレンズホルダー４に固定されることにより、バネ部２１，２２，２３，２４，２５，２６は、バネ力を発生する。そして、バネ２は、光学レンズ３をレンズホルダー４に位置決めして固定する。

図６は、バネ２および光学レンズ３がレンズホルダー４に取り付けられた構成を説明する構成図である。図６は、バネ部２４の部分を−ｙ軸方向から見た断面形状を示している。バネ２をレンズホルダー４に取り付けた状態で、バネ部２４は、光学レンズ３を押付力Ｆの方向に押し付ける。押付力とは、ある物を押して他の物に当てる力である。つまり、押付力とは、ある物を他の物に押し当てる力である。押付力Ｆは、押付力Ｆｈと押付力Ｆｖとに分解される。押付力Ｆｈにより、基準面３１は基準面４１に押し当てられる。また、押付力Ｆｖにより、光学レンズ３は基準面４７に押し当てられる。

図７は、バネ２および光学レンズ３がレンズホルダー４に取り付けられた構成を説明する構成図である。図７は、バネ部２１の部分を−ｙ軸方向から見た断面形状を示している。バネ２をレンズホルダー４に取り付けた状態で、バネ部２１は、光学レンズ３を押付力Ｆｖの方向に押し付ける。

このように、バネ２は光学レンズ３を、３方向に一度に押し当てることができる。３方向とは、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向である。これにより、容易に光学レンズ３をレンズホルダー４に取り付けることができる。また、光学レンズ３をレンズホルダー４にガタの無い状態で取り付けることができる。また、接着剤などにより光学レンズ３をレンズホルダー４に取り付けると、光学レンズ３を再度取り外すことが困難となる。この点で、バネ２を使用することは、装置の補修や修理が容易となる。また、接着剤を使用する場合は、組み立て工程で、接着剤の硬化時間が必要となる。この点で、バネ２を使用することは、装置の組み立てを短時間で行うことができる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係るバネ２０を＋ｚ軸方向から見た図である。実施の形態１に係るバネ２との相違点は、バネ部２４１，２５１，２６１をさらに有する点である。バネ部２４１は、バネ部２４のｙ軸方向の両端に隣接して配置されている。バネ部２５１は、バネ部２５のｘ軸方向の両端に隣接して配置されている。バネ部２６１は、バネ部２６のｘ軸方向の両端に隣接して配置されている。

バネ部２４１は、＋ｘ方向に突き出た矩形の板形状をしている。バネ部２５１，２６１は、＋ｙ方向に突き出た矩形の板形状をしている。バネ部２４１，２５１，２６１は、バネの腕の長さが短いため、硬いバネである。実施の形態１に示すバネ２のバネ部２４，２５，２６は、１つのバネでｘｙ平面方向とｚ軸方向とに力を加えている。このように、バネ力が分散しているため、輸送時等の振動衝撃を受けた際に発生する光学レンズ３の浮きを防止することが困難であった。バネ部２４１，２５１，２６１は、輸送時等の振動衝撃を受けた際に発生する光学レンズ３の浮きを防止できる。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係るバネ２００および光学レンズ３がレンズホルダー４に取り付けられた構成を説明する構成図である。図９は、バネ部２１０の部分を−ｙ軸方向から見た断面形状を示している。

バネ部２１０は、固定端（バネの根元）から＋ｚ軸方向に延び、略Ｕ字形状に曲がって、−ｚ軸方向に延びている。このため、バネ部２１０は光学レンズ３を光軸方向（＋ｚ軸方向）から略垂直に押えている。バネ部２１０の先端部分は、略Ｕ字形状に曲がっており、バネ部２１０の端部が光学レンズ３に接触することを避けている。バネ部２１０が、＋ｚ軸方向から光学レンズ３を−ｚ軸方向に押えることで、バネ部２１０は、光学レンズ３の光軸方向（＋ｚ軸方向）への浮きを防止できる。

１００光学ユニット、１ネジ、２，２０，２００バネ、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２１０，２４１，２５１，２６１バネ部、２７ネジ貫通穴、２８開口、２９枠部、３光学レンズ、３１，３２，３３基準面、３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８コリメートレンズ、４レンズホルダー、４１，４２，４３，４７基準面、４８開口部、４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４０８穴、Ｆ，Ｆｈ，Ｆｖ押付力。

Claims

光線の光路上に配置される矩形の光学レンズと、
前記光学レンズを保持するレンズホルダーと、
前記光学レンズを前記レンズホルダーに固定するバネと
を備え、
前記レンズホルダーは、前記光学レンズの光軸を法線とする第１の基準面および前記光軸方向に対して直角をなし前記光学レンズの矩形の互いに直角をなす２つの辺に対応する２つの第２の基準面を有し、
前記バネは、前記光学レンズの側面に沿って配置された矩形の枠部および前記枠部に接続し前記光学レンズを前記基準面に押し当てるバネ部を有し、
前記バネ部は、前記光学レンズを前記第１の基準面に押し当てる第１のバネ部と前記光学レンズを前記第１の基準面および前記第２の基準面の両方に押し当てる第２のバネ部とを有し、前記第１のバネ部と前記第２のバネ部とは前記枠部の対向する辺に配置される光学ユニット。
前記バネは、前記第２のバネ部に前記枠部の同一の辺上で隣接する第１のバネ部をさらに有する請求項１に記載の光学ユニット。
前記バネは、前記バネの枠部において前記レンズホルダーに固定される固定部を有し、前記第１のバネ部は、前記枠部と接続される２つの接続部を有し、前記２つの接続部の間に前記固定部が配置される請求項１または２に記載の光学ユニット。