JP2010181507A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部材の固定が解除された状態と可動部材が固定された状態のいずれにおいても、可動部材の安定した保持を可能とする。
【解決手段】光学機器は、互いに当接した状態で光軸方向とは異なる第１の方向に相対移動が可能な第１の部材（可動部材）１２および第２の部材（ベース部材）１１と、第１および第２の部材のうち少なくとも一方により保持された光学素子１０と、第１の部材に設けられたガイド部１２３，１２４に、第１の方向とは異なる第２の方向に移動可能に取り付けられた制動部材１３と、該制動部材を第２の部材に対して固定する状態と該固定を解除する状態とに操作される固定機構１８と、第２の方向において付勢力を発生する弾性部材１４，１５とを有する。第１の部材と制動部材とが、上記付勢力によって、第２の部材に押し付けられる方向に付勢される。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学素子を、該光学素子の光軸方向とは異なる方向に移動させることができる光学機器に関する。

光学素子を撮像面に対して平行移動（シフト）させたり回転移動（チルト）させたりすることで、光学的なパースペクティブ補正を行うことが可能である（特許文献１，２参照）。
このような光学機器では、光学素子を保持する可動部材を、光学機器本体を構成するベース部材によってシフト又はチルト可能に保持するとともに、使用者により選択されたシフト又はチルト位置にて可動部材をベース部材に対して固定する固定機構が設けられる。固定機構を設けることで、可動部材の固定を解除した状態での円滑なシフト又はチルト位置の選択を可能としつつ、可動部材を固定した状態での安定した撮影が可能となる。
ただし、可動部材のシフト又はチルト位置の選択から固定機構による固定までをスムーズに行えるようにするためには、固定機構による可動部材の固定を解除した状態でも、可動部材のシフト又はチルト位置がある程度保持される必要がある。
図１０及び図１１には、従来の光学機器を示している。これらの図において、２０は光学素子としてのレンズであり、２２は該レンズを保持する可動部材である。２１は可動部材２２を矢印Ａの方向にシフト可能に保持するベース部材であり、２３はねじを用いて構成される固定機構である。２４は弾性部材であり、可動部材２２とベース部材２１との間に配置されてこれらを押し広げる方向（図１０中の矢印Ｂの方向）に付勢力を発生する。なお、図１０は、固定機構２３による可動部材２２の固定を解除した状態を示している。
弾性部材２４の付勢力は、ベース部材２１に設けられた像面側（図の右側）の面２１ａと、可動部材２２に設けられた被写体側（図の左側）の面２２ａとを互いに押し付けるように作用する。これらの面２１ａ，２２ａ間には、該付勢力に対応した摩擦力が発生する。これにより、固定機構２３による可動部材２２の固定が解除された状態でも、可動部材２２のシフト位置をある程度保持することができる。
特開昭６２−１１２１３４号公報 特開２００７−３３４０１２号公報

しかしながら、図１０及び図１１に示した光学機器では、可動部材２２を固定するために固定機構２３のねじを締め込むと、可動部材２２における面２２ａを含む部分２２ｂに該ねじの締め込みに伴う変形やずれが生じる。この場合、図１２に示すように、面２２ａがベース部材２１の面２１ａから離れて、可動部材２２がベース部材２１に対して（可動部材２２の中心軸Ｏ２がベース部材２１の中心軸Ｏ１に対して）傾く。つまり、固定機構２３による可動部材２２の固定によって、可動部材２２の保持が不安定となり、光学機器の性能が低下してしまう。
本発明は、可動部材の固定が解除された状態と可動部材が固定された状態のいずれにおいても、可動部材の安定した保持を可能とする光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、互いに当接した状態で光軸方向とは異なる第１の方向に相対移動が可能な第１の部材および第２の部材と、第１および第２の部材のうち少なくとも一方により保持された光学素子と、第１の部材に設けられたガイド部に、第１の方向とは異なる第２の方向に移動可能に取り付けられた制動部材と、該制動部材を第２の部材に対して固定する状態と該固定を解除する状態とに操作される固定機構と、第２の方向において付勢力を発生する弾性部材とを有する。そして、第１の部材と制動部材とが、上記付勢力によって、第２の部材に押し付けられる方向に付勢されることを特徴とする。

本発明によれば、固定機構によって制動部材（つまりは第１の部材）を固定した状態でも該固定が解除された状態でも、第１の部材の第２の部材に対する安定した押し付けが可能となる。したがって、上記いずれの状態でも第１の部材の第２の部材に対する不必要な傾きが阻止され、光学素子によって良好な光学像を形成することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１及び図４には、本発明の実施例１である交換レンズ装置（光学機器）の構成を示している。図１は交換レンズ装置を側面から見たときの断面を示しており、図４は交換レンズ装置を上面から見たときの断面を示している。また、図４は、後述する固定機構の固定解除状態を示している。
これらの図において、１０は光学素子としてのレンズである。なお、図には１つのレンズのみを示しているが、複数のレンズを設けてもよい。また、光学素子として、プリズム等のレンズ以外の光学素子を用いてもよい。１２はレンズ１０を保持する鏡筒部１２２を有する可動部材（第１の部材）である。
１１はベース部材（第２の部材）であり、可動部材１２を図中に矢印Ａで示す、レンズ１０の光軸方向とは異なる第１の方向（本実施例では光軸方向に直交する方向であり、以下、光軸直交方向ともいう）に平行移動可能、すなわちシフト可能に保持する。言い換えれば、ベース部材１１と可動部材１２は、第１の方向に相対移動が可能である。ベース部材１１と可動部材１２は、ともに中央部にレンズ１０を通る光を通過させる開口部を有する。
ベース部材１１は、その被写体側（図の左側）に、光軸方向に直交する平面としての当接面１１１を有する。また、ベース部材１１は、像面側（図の右側）を向いた、光軸方向に直交する平面としての当接面１１２を有する。当接面１１１，１１２は、光軸方向において互いに反対側を向いた互いに異なる面であり、かつ互いに平行な面である。さらに、ベース部材１１は、図１に示すように、光軸方向に平行に延びる平面としての内端面１１４，１１５を有する。
可動部材１２は、その像面側に光軸方向に直交する平面である当接面１２１を有する。可動部材１２は、該当接面１２１がベース部材１１の当接面１１１に当接した状態で該当接面１２１，１１１に沿った方向（第１の方向）にシフト可能である。また、可動部材１２は、光軸方向に平行な方向（第２の方向）に延びるガイド軸（ガイド部）１２３，１２４を有する。ガイド軸１２３，１２４は、レンズ１０の光軸を挟んだ両側に２本ずつ、計４本が設けられている。
１３は制動部材であり、ガイド軸１２３，１２４に光軸方向に移動可能に取り付けられている。制動部材１３は、レンズ１０の光軸を挟んだ両側に１つずつ設けられている。
制動部材１３は、その被写体側に光軸方向に直交する当接面１３１を有する。該当接面１３１は、ベース部材１１の像面側の当接面１１２に当接する。このため、可動部材１２がシフトする際には、制動部材１３の当接面１３１はベース部材１１の当接面１１２に対して摺動する。
可動部材１２は、図２に示すように制動部材１３の端部１３４がベース部材１１の内端面１１４に当接する位置と、図３に示すように制動部材１３の端部１３５がベース部材１１の内端面１１５に当接する位置との間でシフトすることができる。このように、本実施例では、制動部材１３を利用して可動部材１２のシフト範囲を制限している。これにより、可動部材１２のシフト範囲を制限するための専用の部材を設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができる。
また、制動部材１３は、光軸方向に平行に延びる固定用壁部１３６を有し、該固定用壁部１３６には、可動部材１２のシフト方向に延びる長穴１３７が形成されている。固定用壁部１３６の外端面及び内端面はそれぞれ、光軸方向に平行に延びる制動面１３２，１３３として形成されている。
１４，１５はそれぞれ、ガイド軸１２３，１２４上に配置された弾性部材としての圧縮コイルばねであり、ガイド軸１２３，１２４の先端に形成されたフランジ部（つまりは可動部材１２）と制動部材１３との間に配置されている。ばね１４，１５は、可動部材１２と制動部材１３とを光軸方向にて互いに近づける方向に付勢力を発生する。言い換えれば、ばね１４，１５は、可動部材１２及び制動部材１３の当接面１２１，１３１でベース部材１１のうち当接面１１１，１１２が設けられた部分を光軸方向にて挟み込むように付勢力を発生する。
これにより、可動部材１２の当接面１２１は、常に一定の力でベース部材１１の当接面１１１に押し付けられる。また、制動部材１３の当接面１３１は、常に一定の力で可動部材１２の当接面１１２に押し付けられる。ばね１４，１５が発生すべき付勢力の大きさについては、後述する。

１８は固定機構である。該固定機構１８は、操作部材としての操作ノブ１８１と、該操作ノブ１８１と一体回転するねじ軸１８２とを有する。ねじ軸１８２は、制動部材１３に形成された長穴１３７を貫通しており、その先端には押さえ部材１８３が固定されている。ねじ軸１８２には、雄ねじが形成されている。
また、固定機構１８は、ベース部材１１に光軸直交方向に延びるように形成された貫通穴内に、押さえ部材１８３に対して近づく方向及び離れる方向に移動可能に挿入されたカラー１８４を有する。また、カラー１８４は、貫通穴内での回転が阻止されている。カラー１８４の内周には雌ねじが形成されており、該雌ねじには、ねじ軸１８２の雄ねじが螺合している。
押さえ部材１８１とカラー１８４は、可動部材１２を挟む位置に配置されている。押さえ部材１８１とカラー１８４のうち一方が第１の押圧部材に、他方が第２の押圧部材に相当する。
使用者が操作ノブ１８１を回転操作すると、ねじ軸１８２とカラー１８４のねじ作用によって、可動部材１２カラー１８４と押さえ部材１８１とが互いに近づくように移動し、図５に示すようにカラー１８４と押さえ部材１８１によって制動部材１３を挟み込む。これにより、カラー１８４と押さえ部材１８１とが制動部材１３の制動面１３２，１３３に押し付けられ、これらの間に発生する摩擦によって制動部材１３、つまりは可動部材１２がベース部材１１に対して固定される。
また、使用者が操作ノブ１８１を上記とは逆方向に回転操作すると、ねじ軸１８２とカラー１８４のねじ作用によって、可動部材１２カラー１８４と押さえ部材１８１とが互いに離れるように移動する。これにより、図４に示すように、カラー１８４と押さえ部材１８１とが制動部材１３の制動面１３２，１３３から離脱し、可動部材１２のベース部材１１に対する固定が解除される。
このような可動部材１２の固定状態及び固定解除状態のいずれにおいても、前述したように、可動部材１２の当接面１２１と制動部材１３の当接面１３１が、ばね１４，１５の付勢力によってベース部材１１の当接面１１１，１１２に押し付けられている。これにより、可動部材１２の当接面１２１がベース部材１１の当接面１１１から離れて、可動部材１２がベース部材１１に対して傾くような不安定な状態が発生することを回避でき、可動部材１２（つまりはレンズ１０）の安定した保持が可能となる。したがって、レンズ１０によって良好な被写体像を形成することができる。
なお、固定解除状態から固定状態に至る際には、制動部材１３にねじ軸１８２とともに回転する押さえ部材１８３が押し付けられることで、図６に示すように、制動部材１３がそのがたの範囲内で傾いてしまうおそれがある。しかし、このときも、可動部材１２をベース部材１１に押し付ける力は十分に働いているため、可動部材１２のベース部材１１に対する傾きは阻止される。
以上説明したように、本実施例によれば、制動部材１３（つまりは可動部材１２）の固定状態でも固定解除状態でも、可動部材１２のベース部材１１に対する安定した押し付けが可能となる。したがって、上記いずれの状態でも可動部材１２のベース部材１１に対する不必要な傾きが阻止され、レンズ１０によって良好な光学像を形成することができる。
しかも、それぞれの当接面間に作用する押し付け力が、固定状態、固定解除状態及びこれらの中間の状態のいずれにおいてもほとんど変化しない。このため、可動部材１２のベース部材１１に対するシフトによって各当接面が磨耗する可能性が少ない。
さらに、本実施例の固定機構１８は、カラー１８４と押さえ部材１８１とによって制動部材１３を挟み込む構成を有するので、軽い操作力で大きな制動力を発することができる。
また、本実施例では、ばね１４，１５の付勢力によって可動部材１２と制動部材１３とを互いに近づける方向に付勢するので、可動部材１２と制動部材１３との間の間隔を精密に調整する必要がない。したがって、交換レンズ装置の製造が容易になる。
また、本実施例のように、制動部材１３に設けた制動面１３２，１３３を、ベース部材１１の当接面１１１に対して直交する面とすることで、交換レンズ装置をコンパクトに構成することができる。このことについて、以下に詳しく説明する。
固定機構１８によって制動部材１３を固定した状態では、制動部材１３の制動面１３２，１３３は大きな力を受ける。この力によって、制動部材１３が磨耗したり塑性変形したりしないようにするためには、制動面１３２，１３３にはある程度の広さが必要である。また、可動部材１２をシフトさせると、制動部材１３と固定機構１８との相対位置関係も変化する。このとき、どの状態でも制動面１３２，１３３が十分な広さになるようにするためには、制動面１３２，１３３は可動部材１２のシフト可能量以上の長さが必要である。
さらに、ベース部材１１及び可動部材１２の中央には、光を通過させる開口部が必要であるが、この開口部の断面積は、実際に光が通過する領域の断面積よりも大きい必要がある。特に、ベース部材１１内では、可動部材１２のシフトとともに光が通過する領域もシフトする。したがって、ベース部材１１内の開口部は、可動部材１２のシフト可能範囲全域で光をけらないように大きくする必要がある。
制動面１３２，１３３と開口部はそれぞれ、交換レンズ装置全体の寸法に対して大きな割合を占める。このため、制動面と開口部を平行に並べると、交換レンズ鏡筒の大型化を招く。しかし、本実施例のように、制動面１３２，１３３をベース部材１１の当接面１１１に対して直交するように配置し、さらに開口部と制動面１３２，１３３が直交するように配置することで、交換レンズ装置のコンパクト化が可能となる。

図７には、本実施例の交換レンズ装置を、デジタルカメラ本体２０に装着したカメラシステムを示している。カメラ本体２０には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子１９が設けられている。交換レンズ装置において、可動部材１２を垂直方向（又は水平方向）にシフトさせることで、光学的なパースペクティブ補正を行いながら、レンズ１０によって形成された良好な光学像（被写体像）を、撮像素子１９を用いて撮像することができる。
なお、図７において、ベース部材１１と撮像素子１９との間又はレンズ１０とベース部材１１との間に、撮像素子１９とレンズ１０との間の光軸方向距離を可変とする機構を設けて、交換レンズ装置の焦点距離を調節可能としてもよい。
また、上記実施例では、可動部材（第１の部材）１２にレンズ１０を保持する鏡筒部１２２を設け、ベース部材（第２の部材）１１をカメラ本体２０に固定する場合について説明した。しかし、本発明では、ベース部材（第１の部材）に鏡筒部を設け、可動部材（第２の部材）をカメラ本体側に固定する構成にしてもよい。また、光学素子をベース部材と可動部材の双方に保持させてもよい。
さらに、上記実施例では、可動部材（第１の部材）１２に設けたガイド軸１２３，１２４に制動部材１３を取り付け、固定機構１８によって制動部材１３をベース部材（第２の部材）１１に対して固定する場合について説明した。しかし、本発明では、ベース部材（第１の部材）に設けたガイド部に制動部材を取り付け、固定機構によって制動部材を可動部材（第２の部材）に対して固定するようにしてもよい。
次に、上記実施例におけるばね１４，１５の付勢力（以下、ばね力という）について、図８を用いて説明する。
図８において、可動部材１２の重心を通り、ベース部材１１の当接面１１１と直交する軸をｘ軸とする。また、当接面１１１を通り、ｘ軸と直交する軸をｙ軸とする。また、ばね力をＦ（Ｎ）とする。本実施例のように、複数のばねを使用しているときは、それらのばね力の合力をＦとする。
さらに、鏡筒側部分の質量をｍ（ｋｇ）とする。「鏡筒側部分の質量」とは、光学素子と一体となって移動する部分の質量の総和であり、上記実施例では、レンズ１０と可動部材１２の質量の合計である。ベース部材１１に鏡筒部を設ける場合は、ベース部材１１と鏡筒部とレンズ１０の質量の総和が「鏡筒側の質量」ｍとなる。
重力加速度をｇ（ｍ／ｓ^２）とする。また、可動部材１２の回転中心をＯとする。ここで可動部材１２の回転中心とは、図８に示すように、重力方向におけるベース部材１１と可動部材１２との当接面１１１，１２１の端点を意味する。
回転中心Ｏから鏡筒側部分の重心までのｘ軸方向での距離をＬ（ｍ）とし、回転中心Ｏからばね力Ｆの作用点までの距離をｈ（ｍ）とする。

交換レンズ装置を重力方向において下向きにしたときでも、可動部材１２の当接面１２１がベース部材１１の当接面１１１に当接している必要がある。このため、ばね力Ｆは、
Ｆ≧ｍｇ …（１）
を満足する必要がある。
また、ばね力Ｆは、レンズ鏡筒を重力方向に対して水平にしたときでも、重力によって発生する回転モーメントに抗して可動部材１２の当接面１２１をベース部材１１の当接面１１１に当接させる必要がある。このとき、可動部材１２が重力によって回転中心Ｏ周りで回転しないための条件は、
Ｆｈ≧ｍｇＬ
である。このため、ばね力Ｆは、
Ｆ≧ｍｇＬ／ｈ …（２）
を満足する必要がある。

ばね力（ばね１４，１５のばね力の合力）Ｆを、上記（１），（２）の条件を満たすように設定することで、重力に抗して可動部材１２の当接面１２１をベース部材１１の当接面１１１に当接させることができる。
実際には、ばね力のばらつきを考慮して、上記（１），（２）の条件を満たす最低のばね力よりも大きなばね力を設定することが好ましい。
一方、ばね力が大きすぎると、可動部材１２をシフトさせるときに当接面間に作用する摩擦力が大きくなりすぎ、シフト操作に大きな力が必要となったり、当接面間の磨耗が大きくなったりする。したがって、上記（１），（２）の条件を満たす最低のばね力の２倍から５倍程度のばね力を設定するとよい。

上記実施例１では、ベース部材１１及び可動部材１２の当接面１１１，１２１を光軸方向に直交する平面として、可動部材１２をベース部材１１に対して光軸直交方向にシフト（平行移動）させる場合について説明した。
これに対し、本実施例では、図９に示すように、ベース部材３１の当接面３１１と可動部材３２の当接面３２１に曲率を持たせている。これにより、可動部材３２をベース部材３１に対して、上記曲率の中心周りでチルト（回転移動）させることが可能である。当接面３１１，３２１を円筒面とすることで該円筒面に沿った方向にのみチルト可能としてもよいし、当接面３１１，３２１を球面とすることで該任意の方向にチルト可能としてもよい。
そして、このような可動部材３２のチルトが可能な交換レンズ装置でも、制動部材、弾性部材及び固定機構を設けることで、実施例１と同様の効果を得ることができる。

上記実施例１では、ベース部材１１を可動部材１２と制動部材１３との間に挟み込むように構成した場合について説明した。しかし、図１３に示すように構成してもよい。
図１３において、４２は可動部材であり、レンズ１０を保持する鏡筒部を有する。また、４１はベース部材であり、４３は制動部材である。制動部材４３は、可動部材４２に設けられたガイド軸４２３上に光軸方向に平行な方向に移動可能に取り付けられている。
ガイド軸４２３上における可動部材４２と制動部材４３との間には、光軸方向と平行な方向に付勢力を発生する圧縮コイルばね４４が配置されている。該ばね４４は、可動部材４２と制動部材４３を互いに離す方向に付勢する。
これにより、可動部材４２の当接面４２１がベース部材４１の当接面４１１に押し付けられ、制動部材４３の当接面４３１がベース部材４１の当接面（当接面４１１とは光軸方向において反対側を向いた異なる面）４１２に押し付けられる。可動部材４２は、ベース部材４１に対して図１３の紙面に垂直な方向にシフト可能である。
なお、この図では、制動部材４３をベース部材４１に固定する固定機構は省略している。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例１である交換レンズ装置の構成を示す側面断面図。 実施例１の交換レンズ装置の構成（可動部材が図中の上方向にシフトした状態）を示す側面断面図。 実施例１の交換レンズ装置の構成（可動部材が図中の下方向にシフトした状態）を示す側面断面図。 実施例１の交換レンズ装置の構成（固定機構の固定解除状態）を示す上面断面図。 実施例１の交換レンズ装置の構成（固定機構の固定状態）を示す上面断面図。 実施例１の交換レンズ装置の構成（制動部材が傾いた状態）を示す側面断面図。 実施例１の交換レンズ装置を用いたカメラシステムを示す概略図。 実施例１において、必要なばね力を説明するための図。 本発明の実施例２である交換レンズ装置の構成を示す側面図。 従来の光学機器の構成を示す上面断面図。 従来の光学機器の構成を示す側面断面図。 従来の光学機器において可動部材が傾いた状態を示す側面断面図。 本発明の実施例３である交換レンズ装置の構成の一部を示す上面断面図。

１０ レンズ
１１，３１，４１ ベース部材
１２，３２，４２ 可動部材
１２３，１２４ ガイド軸
１３，４３ 制動部材
１４，１５，４４ 圧縮コイルばね
１８ 固定機構

Claims (4)

1. 互いに当接した状態で光軸方向とは異なる第１の方向に相対移動が可能な第１の部材および第２の部材と、
   前記第１および第２の部材のうち少なくとも一方により保持された光学素子と、
   前記第１の部材に設けられたガイド部に、前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動可能に取り付けられた制動部材と、
   該制動部材を前記第２の部材に対して固定する状態と該固定を解除する状態とに操作される固定機構と、
   前記第２の方向において付勢力を発生する弾性部材とを有し、
   前記第１の部材と前記制動部材とが、前記付勢力によって、前記第２の部材に押し付けられる方向に付勢されることを特徴とする光学機器。
2. 前記第１の部材と前記制動部材とが、前記第２の部材を間に挟んで該第２の部材に押し付けられる方向に付勢されることを特徴とする請求項１に記載の光学機器
3. 前記固定機構は、前記制動部材を挟む位置に配置された第１の押圧部材および第２の押圧部材と、該第１および第２の押圧部材を前記制動部材に押し付けるように移動させる操作部材とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
4. 前記第１および第２の部材は、前記光学素子を通る光を通過させる開口部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学機器。