JP2005195644A - レンズ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素かつコンパクトな構造でありながら、超至近距離物体の撮影または無限遠距離物体の撮影のうちの少なくとも一方が可能であると共に、良好な光学性能の得られるレンズ機構を提供する。
【解決手段】 第１のレンズ群Ｇ１２を保持する前方レンズ枠１と、第２のレンズ群Ｇ３を保持する後方レンズ枠３と、前方レンズ枠１の突起部１Ｋと当接されるカム面Ｋ２１と、後方レンズ枠３の突起部３Ｋと当接されるカム面Ｋ２２とを有する調整部材２と、保持部材４とを備えている。光軸Ｚ１を中心とした調整部材２の回転動作により、前方および後方レンズ枠１，３が光軸Ｚ１に沿って相互間隔を変化させるように移動すると共に第１のレンズ群Ｇ１２および第２のレンズ群Ｇ３が構成する撮像光学系のバックフォーカスが変化する。このため、超至近距離から無限遠距離までの撮影を可能としつつ、良好な光学性能を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、遠景から近景に至るまでのパンフォーカスに対応するカメラへの搭載に適したレンズ機構に関する。

一般に、小型のデジタルカメラや携帯電話に搭載されるカメラには、レンズを移動させることなく遠景から近景に至るまでピントが合う、いわゆるパンフォーカスレンズを有するレンズ機構が備えられている。一方で、オートフォーカス機構やフローティング機構を備えたカメラであれば、遠景から近景に至るまでより良好な画像が得られる。例えば、特許文献１には、無限遠物体から至近距離物体への焦点合わせをする際にフローティング機構を用いたインナーフォーカス方式を採用し、可動部の重量を軽量化しつつ良好な光学性能を得ることのできるズームレンズが開示されている。
特開平７−１５１９６６号公報

しかしながら、一般にオートフォーカス機構やフローティング機構は複雑であり、部品コストや製造コストが高く、これらの機構を備えたカメラは高価なものとなってしまう。小型のデジタルカメラや携帯電話用カメラとしては、良好な光学性能の確保が求められる一方でコンパクトかつ低コストであることの要求も強いので、上記のようなオートフォーカス機構やフローティング機構ではなくパンフォーカスレンズを搭載し、レンズ系全体を前方（物体側）へ繰り出すことにより近景の撮影を行うようにしている。ところが、最近では、被写体までの距離が１〜２ｃｍ以下といった超至近距離でのマクロ撮影を可能としつつ、無限遠物体の撮影も可能であることが要求されている。しかし、そのような超至近距離から無限遠までの広範囲に亘る撮影を行うには、単にレンズ系の全体繰り出しを行うような機構では、Ｆナンバーの制約により像面湾曲等の画質劣化が生じるなど、十分に対応することができない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素かつコンパクトな構造でありながら、超至近距離物体の撮影または無限遠距離物体の撮影のうちの少なくとも一方が可能であると共に、良好な光学性能の得られるレンズ機構を提供することにある。

本発明によるレンズ機構は、撮像光学系を構成する複数のレンズを保持するレンズ保持手段と、第１の切換動作により、複数のレンズの配置状態を、第１の被写体距離範囲に対応した第１の配置状態と第２の被写体距離範囲に対応した第２の配置状態との間で切り換える切換機構とを備え、この第１の切換動作により撮像光学系のバックフォーカスを変化させると共に複数のレンズの相互間隔を変化させるようにしたものである。ここで、複数のレンズの配置状態とは、複数のレンズを構成する各レンズの、ある基準位置に対する絶対的な距離を表す絶対位置と、複数のレンズを構成する各レンズにおける相互間隔を表す相対位置との両者を含む主旨である。また、第１および第２の被写体距離範囲とは、互いに異なる被写体距離範囲を表し、例えば、第２の被写体距離範囲とは、至近の接写距離範囲を表し、第１の被写体距離範囲とは、第２の被写体距離範囲よりも遠い側の被写体距離範囲を表す。さらに、第１の切換動作とは、ワンアクションの切換動作を意味する。

本発明によるレンズ機構では、１回の切換動作により、撮像光学系のバックフォーカスが変化しつつ複数のレンズの相互間隔が変化し、第１の配置状態から第２の配置状態へ、または第２の配置状態から第１の配置状態への切換が行われる。

本発明によるレンズ機構では、切換機構は、さらに、第２の切換動作により、複数のレンズの配置状態を、第３の被写体距離範囲に対応した第３の配置状態と第１の配置状態との間で切り換える機能を備え、第２の切換動作により、撮像光学系のバックフォーカスを変化させると共に複数のレンズの相互間隔を変化させるようにしてもよい。ここで、第３の被写体距離範囲とは、第１の被写体距離範囲とは互いに異なる被写体距離範囲を表し、例えば無限遠の距離範囲に対応する。この場合、第１の被写体距離範囲は、第２の被写体距離範囲である接写距離範囲と、第３の被写体距離範囲である無限遠距離範囲との間の範囲を表す。

また、本発明のレンズ機構では、レンズ保持手段が、第１のレンズ群を保持する第１のレンズ枠と第２のレンズ群を保持する第２のレンズ枠とを含み、切換機構が、第１および第２のレンズ枠の間に設けられ、第１のレンズ枠と当接される第１のカム面と第２のレンズ枠と当接される第２のカム面とを有するレンズ位置調整部材と、光軸に沿って移動可能となるように第１および第２のレンズ枠を保持すると共に光軸を中心として回転可能となるようにレンズ位置調整部材を保持する保持部材とを備え、第１および第２のレンズ枠が、光軸を中心としたレンズ位置調整部材の回転動作により、光軸に沿って相互間隔を変化させるように移動するように構成してもよい。この場合、第１のレンズ枠が第１の付勢手段によって保持部材へ向かって付勢され、第２のレンズ枠が第２の付勢手段によって調整部材へ向かって付勢されるようにしてもよい。また、第１および第２のレンズ枠が、光軸に沿った物体側への移動に伴って第１および第２のレンズ群の相互間隔を増大させ、光軸に沿った像側への移動に伴って第１および第２のレンズ群の相互間隔を減少させるようになっていることが望ましい。

本発明のレンズ機構によれば、撮像光学系を構成する複数のレンズを保持するレンズ保持手段と、第１の切換動作により、複数のレンズの配置状態を、第１の被写体距離範囲に対応した第１の配置状態と第２の被写体距離範囲に対応した第２の配置状態との間で切り換える切換機構とを備え、第１の切換動作により撮像光学系のバックフォーカスを変化させると共に複数のレンズの相互間隔を変化させるようにしたので、１回の切換動作により、撮像光学系のバックフォーカスを変化させつつ複数のレンズの相互間隔を変化させることができ、第１の配置状態から第２の配置状態へ、または第２の配置状態から第１の配置状態への切換を行うことが可能となる。このため、簡素かつコンパクトな構造でありながら、超至近距離物体の撮影または無限遠距離物体の撮影のうちの少なくとも一方が可能となる共に、良好な光学性能が得られる。

特に、切換機構が、さらに、第２の切換動作により、複数のレンズの配置状態を、第３の被写体距離範囲に対応した第３の配置状態と第１の配置状態との間で切り換える機能を備え、この第２の切換動作により、撮像光学系のバックフォーカスを変化させると共に複数のレンズの相互間隔を変化させるようにした場合には、例えば第２の配置状態をマクロ撮影用の配置状態とし、他方の第３の配置状態を無限遠撮影の配置状態とし、超至近距離物体の撮像時にはバックフォーカスが長くなると同時に相互間隔を広げるように移動させ、または無限遠物体の撮像時にはバックフォーカスが短くなると同時に相互間隔を狭めるように移動させることができるので、簡素かつコンパクトな構造でありながら超至近距離物体の撮影または無限遠距離物体の撮影に対応し、良好な光学性能を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１〜図４を参照して、本実施の形態に係るレンズ機構の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るレンズ機構における斜視構成を示したものである。図２は、図１に示したレンズ機構の光軸Ｚ１を含む断面構成を示したものである。さらに、図３は、図１におけるIII矢視方向から眺めた平面構成を示したものである。これら図１〜図３は、標準撮影位置に対応する斜視構成、断面構成および平面構成をそれぞれ表している。なお、本明細書では、ある対象物から見て物体側（図２の紙面左側）を前方と呼び、像側（図２の紙面右側）を後方と呼ぶこととする。また、各図では、物体側を符号Ｚobjで表し、像側を符号Ｚimgで表す。

本実施の形態のレンズ機構は、例えば、ＣＣＤ（Charged Coupled Device：電荷結合素子）などの撮像素子を用いた携帯用モジュールカメラや小型デジタルカメラ等に搭載されて使用されるものであり、撮像光学系を構成する複数のレンズを保持するレンズ保持手段と、第１の切換動作により、複数のレンズの配置状態を、第１の被写体距離範囲に対応した第１の配置状態と第２の被写体距離範囲に対応した第２の配置状態との間で切り換える切換機構とを備え、第１の切換動作により、撮像光学系のバックフォーカスを変化させると共に複数のレンズの相互間隔を変化させるようにしたものである。このレンズ機構は、図１および図２に示したように、光軸Ｚ１に沿って移動可能であると共に相互間隔が可変である第１および第２のレンズ群Ｇ１２，Ｇ３を備えたレンズ機構であって、物体側から順に、第１および第２レンズＧ１，Ｇ２からなる第１のレンズ群Ｇ１２を固定的に保持する前方レンズ枠１と、調整部材２と、単レンズからなる第２のレンズ群Ｇ３を固定的に保持する後方レンズ枠３と、保持部材４とを備えている。保持部材４には、ＣＣＤなどの固体撮像素子７が設けられている。固体撮像素子７の撮像面は、第１および第２レンズ群Ｇ１２，Ｇ３からなるレンズ系の結像面と一致する。第２レンズ群Ｇ３と固体撮像素子７との間には、固体撮像素子７の撮像面を保護するためのカバーガラスＣＧが設けられている。第２レンズ群Ｇ３と固体撮像素子７との間には、カバーガラスＣＧのほか、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの他の光学部材が配置されていてもよい。

第１レンズＧ１は、例えば物体側に凸面を向けた平凸形状をなし、例えば、正のパワーを有している。第２レンズG２は、近軸近傍において、例えば像側に凸面を向けたメニスカス形状をなし、正または負のパワーを有している。第２レンズ群（第３レンズ）Ｇ３は、近軸近傍において、例えば、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなし、正または負のパワーを有している。

調整部材２は、前方レンズ枠１と対向する第１のカム面としてのカム面Ｋ２１と、後方レンズ枠３と対向する第２のカム面としてのカム面Ｋ２２とを有すると共に、光軸Ｚ１を中心とした周回方向に沿って環状をなしているものである。調整部材２は、その内周面が保持部材４の一部をなす円筒部分４Ａの外周面と接しており、光軸Ｚ１を中心とした周回方向に沿って回転可能となるように保持されている。調整部材２は操作レバー２Ｌを有しており、これを操作することにより、回転動作が行われるようになっている。操作レバー２Ｌを回転させ、標準撮影位置ＳＰからマクロ撮影位置ＭＰへ切り換えることにより、または標準撮影位置ＳＰから無限遠撮影位置ＩＰへ切り換えることにより、撮像光学系のバックフォーカスが変化すると共に、第１レンズ群Ｇ１２と第２レンズ群Ｇ３との相互間隔が変化するように構成されている。この際の動作については、後に詳述する。また、調整部材２は、保持部材４における円周上３箇所に設けられた後出の係止部４Ｋ（４Ｋ１〜４Ｋ３）によって係止され、保持部材４に対して光軸Ｚ１に沿った方向には移動しないように保持されている。

前方レンズ枠１は、第１の付勢手段としての引っ張りばね５によって光軸Ｚ１に沿って調整部材２へ向かうように付勢されている。具体的には、図１〜図３に示したように、前方レンズ枠１は光軸Ｚ１を中心として対向する位置に一対の係止部１Ｔ１，１Ｔ２を有し、これと対応する位置に設けられた保持部材４における一対の係止部４Ｔ１，４Ｔ２と共に引っ張りばね５Ａ，５Ｂの一端ずつを保持し、常に互いに引き合うように構成されている。前方レンズ枠１は、円周方向に３等分した３箇所に突起部１Ｋを有している。突起部１Ｋは、調整部材２におけるカム面Ｋ２１と当接される当接部として機能し、調整部材２の周回方向に沿った回転動作により、前方レンズ枠１が、カム面Ｋ２１の形状に合わせて調整部材２（保持部材４）に対して前方および後方に移動するようになっている。ここで、前方レンズ枠１の突起部１Ｋと保持部材４の円筒部分４Ａとの接触面は、光軸Ｚ１の方向に沿って互いに嵌合する凸部と凹部とを有している。このため、前方レンズ枠１は、光軸Ｚ１に沿って前方および後方へ移動可能であると共に光軸Ｚ１を中心とした周回方向には固定されるように保持部材４によって保持される。

一方、後方レンズ枠３は、第２の付勢手段としての押しばね６（図２参照）によって調整部材２へ向かうように付勢されている。具体的には、後方レンズ枠３とほぼ同等の径を有するリング状の押しばね６が後方レンズ枠３と保持部材４との間に配置され、押しばね６の斥力によって後方レンズ枠３が調整部材２に向かって常に押しつけられるように構成されている。後方レンズ枠３は、円周方向に３等分した３箇所に突起部３Ｋを有している。突起部３Ｋは、調整部材２におけるカム面Ｋ２２と当接される当接部として機能し、調整部材２の周回方向に沿った回転動作により、後方レンズ枠３が、カム面Ｋ２２の形状に合わせて調整部材２（保持部材４）に対して前方および後方に移動するようになっている。ここで、突起部３Ｋは、円筒部分４Ａに設けられた光軸Ｚ１に沿って延びるスリット（図示せず）にはめ込まれている。このため、後方レンズ枠３が、光軸Ｚ１に沿って前方および後方へ移動可能であると共に光軸Ｚ１を中心とした周回方向には固定されるように保持部材４によって保持される。

図３に示したように、操作レバー２Ｌを標準撮影位置ＳＰ（または無限遠撮影位置ＩＰ）からマクロ撮影位置ＭＰへ切り換え、調整部材２を周回方向ＲＭへ回転させることにより、前方および後方レンズ枠１，３は光軸Ｚ１に沿って物体側へ移動すると同時に相互間隔を広げるようになっている（第１の切換動作）。一方、操作レバー２Ｌを標準撮影位置ＳＰ（マクロ撮影位置ＭＰ）から無限遠撮影位置ＩＰへ切り換え、調整部材２を周回方向ＲＩへ回転させることにより、前方および後方レンズ枠１，３は光軸Ｚ１に沿って像側へ移動すると同時に相互間隔を狭めるようになっている（第２の切換動作）。

図４を参照して、調整部材２のカム面Ｋ２１，Ｋ２２と、それらと当接する前方および後方レンズ枠１，３における突起部１Ｋ，３Ｋとの構成について詳細に説明する。

図４は、図１に示したレンズ機構における周回方向に沿った展開図である。図４は、調整部材２を外側（光軸Ｚ１とは反対側）から眺めた場合に対応している。光軸Ｚ１に沿った仮想線である左右のＸ−Ｘ切断線が実際には一致しており、円筒状のレンズ機構となっている。カム面Ｋ２１は円周方向に３等分する３箇所に設けられたカム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃからなり、いずれも同等の形状をなしている。カム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃには、それぞれ対応する前方レンズ枠１の突起部１Ｋ１〜１Ｋ３が当接している。一方、カム面Ｋ２２は円周方向に３等分する３箇所に設けられたカム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃからなり、いずれも同等の形状をなしている。カム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃには、それぞれ対応する後方レンズ枠３の突起部３Ｋ１〜３Ｋ３が当接している。カム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃとカム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃとは、いずれも同方向の傾斜（図４では、光軸Ｚ１を縦方向（上下方向）と見た場合、右上がりの傾斜）を有しているが、カム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃはカム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃよりも光軸Ｚ１方向の変化が小さく、緩やかな傾斜となっている。また、調整部材２は、光軸Ｚ１と直交する面内に含まれる当接面Ｈ２２Ａ〜Ｈ２２Ｃを有しており、この当接面Ｈ２２Ａ〜Ｈ２２Ｃが保持部材４の係止部４Ｋ１〜４Ｋ３と常に当接することにより、光軸Ｚ１方向における保持部材４との距離が一定となるように保持されている。当接面Ｈ２２Ａはカム面Ｋ２２Ａとカム面Ｋ２２Ｂとの間に設けられ、当接面Ｈ２２Ｂはカム面Ｋ２２Ｂとカム面Ｋ２２Ｃとの間に設けられ、さらに当接面Ｈ２２Ｃはカム面Ｋ２２Ｃとカム面Ｋ２２Ａとの間に設けられている。

次に、上記のような構成をなすレンズ機構における近景撮影〜遠景撮影を行う際の動作について、図１〜図４に加え、図５および図６を参照して説明する。図５は、操作レバー２Ｌがマクロ撮影位置ＭＰにある場合の断面構成を表しており、本発明の「第２の配置状態」に対応する一具体例としての第１レンズ群Ｇ１２および第２レンズ群Ｇ３の配置状態を示すものである。図６は、操作レバー２Ｌが無限遠撮影位置ＩＰにある場合の断面構成を表しており、本発明の「第３の配置状態」に対応する一具体例としての第１レンズ群Ｇ１２および第２レンズ群Ｇ３の配置状態を示すものである。

図３に示したように、操作レバー２Ｌが標準撮影位置ＳＰにある場合、図２に示したように、前方レンズ枠１の前面１Ｆと結像面ＩＦとは距離Ｌ１Ａをなし、第２レンズ群Ｇ３の像側の面Ｓ６と結像面ＩＦとは距離Ｌ３Ａをなし、さらに前方レンズ枠１と後方レンズ枠３とは距離Ｌ１３Ａをなしている。図２に示した第１レンズ群Ｇ１２および第２レンズ群Ｇ３の配置状態が、本発明の「第１の配置状態」に対応する一具体例である。

ここで、操作レバー２Ｌを標準撮影位置ＳＰからマクロ撮影位置ＭＰへ切り換えることにより、調整部材２は周回方向ＲＭへ回転する。図４では、突起部１Ｋ１〜１Ｋ３および突起部３Ｋ１〜３Ｋ３が、見かけ上、周回方向ＲＭとは反対の紙面左方向へ移動することとなる。すなわち、突起部１Ｋ１〜１Ｋ３はいずれも標準撮影位置１ＳＰ１〜１ＳＰ３からマクロ撮影位置１ＭＰ１〜１ＭＰ３へ移動し、突起部３Ｋ１〜３Ｋ３はいずれも標準撮影位置１ＳＰ１〜１ＳＰ３からマクロ撮影位置３ＭＰ１〜３ＭＰ３へ移動する。この際、突起部１Ｋ１〜１Ｋ３は、それぞれカム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃと当接しながらその形状に合わせて前方へ移動する。すなわち、前方レンズ枠１が、調整部材２に対して相対的に前方へ移動する。一方、突起部３Ｋ１〜３Ｋ３は、それぞれカム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃと当接しながらその形状に合わせて前方へ移動する。すなわち、後方レンズ枠３も前方レンズ枠１と同様、調整部材２に対して相対的に前方へ移動する。但し、カム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃはカム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃよりも光軸Ｚ１に沿った方向に対して緩やかな傾斜となっているので、後方レンズ枠３の移動量は前方レンズ枠１の移動量と比べて小さい。これを図５を参照して説明すると、マクロ撮影位置において、前方レンズ枠１の前面１Ｆと結像面ＩＦとは距離Ｌ１Ｂをなし、第２レンズ群Ｇ３の面Ｓ６と結像面ＩＦとは距離Ｌ３Ｂをなし、さらに前方レンズ枠１と後方レンズ枠３とは距離Ｌ１３Ｂをなしている。このため、操作レバー２Ｌを標準撮影位置ＳＰからマクロ撮影位置ＭＰへ切り換えたことによる前方レンズ枠１の移動量Δ１ＭＰおよび後方レンズ枠３の移動量Δ３ＭＰは、それぞれ以下の式（１）および式（２）で表すことができる。
Δ１ＭＰ＝Ｌ１Ｂ−Ｌ１Ａ ……（１）
Δ３ＭＰ＝Ｌ３Ｂ−Ｌ３Ａ ……（２）
ここで、移動量Δ１ＭＰが移動量Δ３ＭＰよりも大きくなっている（Δ１ＭＰ＞Δ３ＭＰ）。移動量Δ１ＭＰと移動量Δ３ＭＰとの差分は、結果として、前方レンズ枠１と後方レンズ枠３との距離に現れる。すなわち、移動量Δ１ＭＰと移動量Δ３ＭＰとの差分は、距離Ｌ１３Ａと距離Ｌ１３Ｂとの差分と等しい。これを以下の式（３）に示す。
Δ１ＭＰ−Δ３ＭＰ＝Ｌ１３Ｂ−Ｌ１３Ａ ……（３）
Δ１ＭＰ＞Δ３ＭＰであるので、Ｌ１３Ｂ＞Ｌ１３Ａとなる。すなわち、標準撮影位置ＳＰからマクロ撮影位置ＭＰへ切り換えることにより、前方レンズ枠１と後方レンズ枠３とを前方へ繰り出しつつ、それらの相互の間隔を広げることができる。

以上の操作の結果、超至近距離に対応した焦点合わせを行いつつ、像面湾曲を良好に補正することができる。

一方、操作レバー２Ｌを標準撮影位置ＳＰから無限遠撮影位置ＩＰへ切り換えることにより、調整部材２は周回方向ＲＩへ回転する。図４では、突起部１Ｋ１〜１Ｋ３および突起部３Ｋ１〜３Ｋ３が、見かけ上、周回方向ＲＩとは反対の紙面右方向へ移動することとなる。すなわち、突起部１Ｋ１〜１Ｋ３はいずれも標準撮影位置１ＳＰ１〜１ＳＰ３から無限遠撮影位置１ＩＰ１〜１ＩＰ３へ移動し、突起部３Ｋ１〜３Ｋ３はいずれも標準撮影位置１ＳＰ１〜１ＳＰ３から無限遠撮影位置３ＩＰ１〜３ＩＰ３へ移動する。この際、突起部３Ｋ１〜３Ｋ３は、それぞれカム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃと当接しながらその形状に合わせて後方へ移動する。すなわち、前方レンズ枠１が、調整部材２に対して相対的に後方へ移動する。一方、突起部３Ｋ１〜３Ｋ３は、それぞれカム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃと当接しながらその形状に合わせて後方へ移動する。すなわち、後方レンズ枠３も前方レンズ枠１と同様、調整部材２に対して相対的に後方へ移動する。但し、カム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃはカム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃよりも光軸Ｚ１に沿った方向に対して緩やかな傾斜となっているので、後方レンズ枠３の移動量は前方レンズ枠１の移動量と比べて小さい。これを図６を参照して説明すると、無限遠撮影位置において、前方レンズ枠１の前面１Ｆと結像面ＩＦとは距離Ｌ１Ｃをなし、第２レンズ群Ｇ３の面Ｓ６と結像面ＩＦとは距離Ｌ３Ｃをなし、さらに前方レンズ枠１と後方レンズ枠３とは距離Ｌ１３Ｃをなしている。このため、操作レバー２Ｌを標準撮影位置ＳＰから無限遠撮影位置ＩＰへ切り換えたことによる前方レンズ枠１の移動量Δ１ＩＰおよび後方レンズ枠３の移動量Δ３ＩＰは、それぞれ以下の式（４）および式（５）で表すことができる。
Δ１ＩＰ＝Ｌ１Ａ−Ｌ１Ｃ ……（４）
Δ３ＩＰ＝Ｌ３Ａ−Ｌ３Ｃ ……（５）
ここで、移動量Δ１ＩＰが移動量Δ３ＩＰよりも大きくなっている（Δ１ＩＰ＞Δ３ＩＰ）。移動量Δ１ＩＰと移動量Δ３ＩＰとの差分は、結果として、前方レンズ枠１と後方レンズ枠３との距離に現れる。すなわち、移動量Δ１ＩＰと移動量Δ３ＩＰとの差分は、距離Ｌ１３Ａと距離Ｌ１３Ｃとの差分と等しい。これを以下の式（６）に示す。
Δ１ＩＰ−Δ３ＩＰ＝Ｌ１３Ａ−Ｌ１３Ｃ ……（６）
Δ１ＩＰ＞Δ３ＩＰであるので、Ｌ１３Ａ＞Ｌ１３Ｃとなる。すなわち、標準撮影位置ＳＰから無限遠撮影位置ＩＰへ切り換えることにより、前方レンズ枠１と後方レンズ枠３とを後方へ移動させつつ、それらの相互の間隔を狭めることができる。

以上の操作の結果、無限遠距離に対応した焦点合わせを行いつつ、像面湾曲を良好に補正することができる。

以上説明したように、本実施の形態のレンズ機構によれば、第１のレンズ群Ｇ１２を固定的に保持する前方レンズ枠１と、第２のレンズ群Ｇ３を固定的に保持する後方レンズ枠３と、前方および後方レンズ枠１，３の間に設けられ、光軸Ｚ１を中心とした周回方向に沿って環状をなすと共に、前方レンズ枠１における突起部１Ｋ１〜１Ｋ３と当接されるカム面Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃと、後方レンズ枠３における突起部３Ｋ１〜３Ｋ３と当接されるカム面Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃとを有する調整部材２と、光軸Ｚ１に沿って移動可能となるように前方および後方レンズ枠１，３を保持すると共に周回方向に沿って回転可能となるように調整部材２を保持する保持部材４とを備え、前方および後方レンズ枠１，３が、調整部材２の周回方向に沿った回転により、保持部材４に対し光軸Ｚ１に沿って同一方向に移動すると同時に、相互間隔を変化させるように移動するので、調整部材４が周回方向へ回転することにより、バックフォーカスが変化すると同時に前方レンズ枠１と後方レンズ枠３との相互間隔Ｌ１３が変化する。このため、超至近距離物体の撮像時にはバックフォーカスを長くすると同時に相互間隔Ｌ１３を広げるように移動させ、無限遠物体の撮像時にはバックフォーカスを短くすると同時に相互間隔Ｌ１３を狭めるように移動させることができるので、簡素かつコンパクトな構造でありながら超至近距離から無限遠距離までの焦点合わせを容易に可能としつつ、良好な光学性能を得ることができる。

次に、本実施の形態に係るレンズ機構における具体的な数値実施例について説明する。

表１〜表３は、図２に示したレンズ機構のうちのレンズ部分（第１〜第３レンズＧ１〜Ｇ３）の構成に対応する具体的なレンズデータ（本実施例）を示している。表１および表２には、本実施例のレンズデータのうち基本的なレンズデータを示し、表３には、本実施例のレンズデータのうち非球面形状に関するデータ部分を示す。

表１における面番号Ｓｉの欄には、本実施例のレンズ部分について、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜７）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図２で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉの曲率半径を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図２で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸Ｚ１上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの単位はミリメートル（ｍｍ）である。ｎｄｊおよびνｄｊの欄には、それぞれ、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜４）レンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。表１の欄外には、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー（ＦＮＯ．）および画角２ω（ω：半画角）の値を示す。表１の各レンズデータにおいて、面番号Ｓｉの左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。本実施例では、第２レンズＧ２の両面Ｓ３，Ｓ４および第３レンズＧ３の両面Ｓ５，Ｓ６が非球面形状となっている。表１には、これらの非球面の曲率半径Ｒｉとして、光軸近傍（近軸近傍）の曲率半径の数値を示している。また、表２には、表１における面間隔Ｄ４，Ｄ６と物体距離との対応関係を示す。

表３の非球面データの数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

非球面データには、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａi，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。

Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋Ａ₃・ｈ³＋Ａ₄・ｈ⁴＋Ａ₅・ｈ⁵＋Ａ₆・ｈ⁶＋Ａ₇・ｈ⁷＋Ａ₈・ｈ⁸＋Ａ₉・ｈ⁹＋Ａ₁₀・ｈ¹⁰ ……（Ａ）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａi：第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数

各実施例共に、第２レンズＧ２の両面Ｓ３，Ｓ４の非球面形状は、非球面係数として、偶数次の係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０のみを有効に用いて表されている。第３レンズＧ３の両面Ｓ５，Ｓ６の非球面形状は、さらに奇数次の非球面係数Ａ３，Ａ５，Ａ７，Ａ９をも有効に用いている。

図７（Ａ）〜（Ｃ）は、ＭＴＦ（Modulated Transfer Function )特性図を示している。図７（Ａ）および図７（Ｃ）は本実施例のレンズ機構に対応するものであり、図７（Ｂ）は、比較例である。図７（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸はデフォーカスを表し、縦軸はＭＴＦ値（％）を表す。また、各図において、符号Ｃは中心軸での分布曲線を示し、符号Ｓ，Ｔは、ぞれぞれ８０％の像高でのサジタル方向およびタンジェンシャル方向における分布曲線を示す。図７（Ａ）は、標準撮影位置（物体距離；５００ｍｍ，面間隔Ｄ４＝０．１ｍｍ）におけるＭＴＦ特性を示しており、分布曲線Ｃと分布曲線Ｔとの中心位置はほぼ一致している。図７（Ｂ）は、マクロ撮影位置（物体距離；８０ｍｍ，面間隔Ｄ４＝０．１ｍｍ）におけるＭＴＦ特性を示している。物体距離は変化しているが、面間隔Ｄ４は標準撮影位置の場合と等しい。このため、図７（Ｂ）では、分布曲線Ｃの中心位置に対し、分布曲線Ｔの中心位置が（紙面左方向に）大きく偏っており、すなわち、８０％の像高を有する周辺部分での像面湾曲が生じている。図７（Ｃ）は、物体距離が８０ｍｍであるマクロ撮影位置におけるＭＴＦ特性を示したものであるが、図７（Ｂ）とは異なり、面間隔Ｄ４を０．１３ｍｍに広げるようにしたものである。図７（Ｃ）では、分布曲線Ｃと分布曲線Ｔとの中心位置がほぼ一致しており、像面湾曲が良好に補正されたことがわかった。

以上の各レンズデータおよび特性図から分かるように、本実施例について、良好に収差補正がなされている。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、第１のレンズ群を２枚構成とし、第２のレンズ群を１枚構成として説明したが、これに限られるものではない。例えば、第１のレンズ群を単レンズまたは３枚以上のレンズからなるようにしてもよいし、第２のレンズ群を複数枚のレンズにより構成するようにしてもよい。

また、第１および第２の付勢手段として、それぞれ引っ張りばねおよび押しばねを用いるようにしたが、他の部材等を用いるようにしてもよい。レンズ位置調整部材は、図４などに示した調整部材２の形状に限定されず、他のカム形状をなすようにしてもよい。

本発明の一実施の形態に係るレンズ機構における全体の斜視構成を表す斜視図である。 図１に示したレンズ機構の、標準撮影位置における断面構成を表す断面図である。 図１に示したレンズ機構における全体の平面構成を表す平面図である。 図１に示したレンズ機構における光軸を中心とした周回方向に沿った要部構成を表す展開図である。 図１に示したレンズ機構の、マクロ撮影位置における断面構成を表す断面図である。 図１に示したレンズ機構の、無限遠撮影位置における断面構成を表す断面図である。 図１に示したレンズ機構の一実施例に対応するＭＴＦ特性図である。

符号の説明

１…前レンズ枠、２…調整部材、３…後レンズ枠、４…保持部材、５…引っ張りばね、６…押しばね、７…固体撮像素子、Ｋ２１Ａ〜Ｋ２１Ｃ，Ｋ２２Ａ〜Ｋ２２Ｃ…カム面、１Ｋ１〜１Ｋ３，３Ｋ１〜３Ｋ３…突起部、Ｇ１…第１レンズ、Ｇ２…第２レンズ、Ｇ１２…第１レンズ群、Ｇ３…第３レンズ（第２レンズ群）、ＣＧ…カバーガラス。

Claims (6)

1. 撮像光学系を構成する複数のレンズを保持するレンズ保持手段と、
   第１の切換動作により、前記複数のレンズの配置状態を、第１の被写体距離範囲に対応した第１の配置状態と第２の被写体距離範囲に対応した第２の配置状態との間で切り換える切換機構と
   を備え、
   前記第１の切換動作により、前記撮像光学系のバックフォーカスを変化させると共に前記複数のレンズの相互間隔を変化させる
   ことを特徴とするレンズ機構。
2. 前記切換機構は、さらに、
   第２の切換動作により、前記複数のレンズの配置状態を、第３の被写体距離範囲に対応した第３の配置状態と前記第１の配置状態との間で切り換える機能を備え、
   前記第２の切換動作により、前記撮像光学系のバックフォーカスを変化させると共に前記複数のレンズの相互間隔を変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ機構。
3. 前記第２および第３の配置状態のうち、一方がマクロ撮影用の配置状態であり、他方が無限遠撮影用の配置状態である
   ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ機構。
4. 前記レンズ保持手段は、
   第１のレンズ群を保持する第１のレンズ枠と、
   第２のレンズ群を保持する第２のレンズ枠と
   を含み、
   前記切換機構は、
   前記第１および第２のレンズ枠の間に設けられ、前記第１のレンズ枠と当接される第１のカム面と、前記第２のレンズ枠と当接される第２のカム面とを有するレンズ位置調整部材と、
   光軸に沿って移動可能となるように前記第１および第２のレンズ枠を保持すると共に、前記光軸を中心として回転可能となるように前記レンズ位置調整部材を保持する保持部材と
   を備え、
   前記第１および第２のレンズ枠は、前記光軸を中心とした前記レンズ位置調整部材の回転動作により、前記光軸に沿って相互間隔を変化させるように移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ機構。
5. 前記第１のレンズ枠は、第１の付勢手段により、前記光軸に沿って前記レンズ位置調整部材へ向かうように付勢され、
   前記第２のレンズ枠は、第２の付勢手段により、前記光軸に沿って前記レンズ位置調整部材へ向かうように付勢されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のレンズ機構。
6. 前記第１および第２のレンズ枠は、
   前記光軸に沿った物体側への移動に伴って前記相互間隔を増大させ、
   前記光軸に沿った像側への移動に伴って前記相互間隔を減少させる
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレンズ機構。
   

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