JP2012242728A - 温度補償機能を有するレンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度変化による大きな焦点位置移動を簡易・コンパクトに補正できるレンズユニットを提供する。
【解決手段】温度変化により高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して垂直方向に伸縮すると低膨張補正部材４が光軸ＡＸ方向に変位するように、光軸ＡＸに対して傾斜した状態で互いに接触する当接面３Ｓ，４Ｓを高膨張補正部材３及び低膨張補正部材４がそれぞれ有している。低膨張補正部材４が光軸ＡＸ方向に変位することにより補正レンズ保持枠２と補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動して、撮像レンズＬＮにおいて温度変化により生じる焦点位置移動が補正される。
【選択図】図２

Description

本発明は温度補償機能を有するレンズユニットに関するものであり、例えば、投射レンズ，撮像レンズ等のレンズ系を備え、そのレンズ系における焦点位置の温度補償機能を有するレンズユニットに関するものである。

通常の分散性を有する光学ガラスから成る投射レンズや撮像レンズでは、環境温度の変化に伴って屈折率が変化するため、焦点位置が移動して結像性能が劣化する、という問題が生じてしまう。異常分散ガラスや蛍石等の光学ガラスを使用した場合には、焦点位置の移動が非常に大きくなって、性能劣化は更に顕著になる。そこで、いかに簡易かつコンパクトな構成で結像性能の劣化を防ぐかが課題となっている。

上記課題を解決するため、温度補償機能を有するレンズユニットが特許文献１や特許文献２で提案されている。特許文献１記載のレンズユニットは、線膨張係数の大きい補正ブロックを補正レンズ保持枠と筐体との間に挟み込んで、環境温度変化による焦点位置移動の補正を行う構成になっている。特許文献２記載のレンズユニットは、レンズ系を２つのレンズユニットに２分割し、２分割したレンズユニットを線膨張係数の異なる本体鏡筒で支持し、温度変化によりレンズ系で発生する焦点位置移動を、レンズユニット間隔の変化により補正する構成になっている。

特開平１１−３３７７９８号公報 特開平６−１８６４６６号公報

特許文献１記載のレンズユニットでは、補正量が補正ブロックの光軸方向の長さに依存するため、必要な補正量が大きい場合には光軸方向に大きな空間が必要となる。しかし、レンズユニット内において補正ブロックを配置するための空間は限られているため、補正量には制限が生じてしまう。また、特許文献２記載のレンズユニットでは、レンズ系で発生する焦点位置移動を補正するために、線膨張係数の異なる光軸方向に長い本体鏡筒が必要となる。このため、レンズユニット全体を構成するにあたり空間的な自由度に大きな制約が生じてしまう。したがって、特許文献１や特許文献２に記載の温度補償の構成を採用すれば、レンズユニットが複雑化するとともに光軸方向に大型化することになる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、環境温度変化による大きな焦点位置移動を簡易かつコンパクトな構成で補正することの可能なレンズユニットを提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明のレンズユニットは、複数のレンズから成るレンズ系を有し、そのレンズ系において温度変化により生じる焦点位置移動を、前記レンズ系のうちの少なくとも１枚のレンズを補正レンズとして光軸方向に移動させることにより補正するレンズユニットであって、高膨張材料から成る高膨張補正部材と、前記高膨張材料よりも線膨張係数が低い材料から成る低膨張補正部材とを有し、温度変化により前記高膨張補正部材が光軸に対して垂直方向に伸縮すると前記低膨張補正部材が光軸方向に変位するように、光軸に対して傾斜した状態で互いに接触する当接面を前記高膨張補正部材及び低膨張補正部材がそれぞれ有し、前記低膨張補正部材が光軸方向に変位することにより前記補正レンズの光軸方向の移動が行われることを特徴とする。

第２の発明のレンズユニットは、上記第１の発明において、さらに、前記補正レンズの移動基準となる固定筒と、前記補正レンズを保持する保持部材とを有し、前記保持部材が、前記高膨張補正部材及び低膨張補正部材を介して前記固定筒に連結され、かつ、前記低膨張補正部材との接触状態を保ちながら光軸方向に移動可能に支持されていることを特徴とする。

第３の発明のレンズユニットは、上記第１の発明において、さらに、前記補正レンズの移動基準となる固定筒を有し、前記補正レンズを保持する保持部材を前記低膨張補正部材の少なくとも一部として有することを特徴とする。

第４の発明のレンズユニットは、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、さらに、前記低膨張補正部材を前記高膨張補正部材に対して光軸方向に付勢する付勢部材を有することを特徴とする。

第５の発明のレンズユニットは、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記高膨張補正部材及び低膨張補正部材が光軸に対して同軸のリング形状を有することを特徴とする。

第６の発明のレンズユニットは、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記高膨張補正部材及び低膨張補正部材のうちの少なくとも一方を複数有することにより、前記当接面が複数形成されていることを特徴とする。

第７の発明のレンズユニットは、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記低膨張補正部材と同じ材料から成るとともに前記当接面を構成する摺動部材を、前記高膨張補正部材が光軸に対して同軸の円周状に複数有することを特徴とする。

本発明に係るレンズユニットは、温度変化により高膨張補正部材が光軸に対して垂直方向に伸縮すると低膨張補正部材が光軸方向に変位するように、光軸に対して傾斜した状態で互いに接触する当接面を高膨張補正部材及び低膨張補正部材がそれぞれ有している。光軸に対して垂直方向の伸縮が前記当接面で光軸方向の変位に変換されるため、光軸方向に大きなスペースを必要とせずに光軸方向の大きな変位を得ることができる。その大きな変位によって補正レンズを光軸方向に移動させることができるため、環境温度変化による大きな焦点位置移動を簡易かつコンパクトな構成で高精度に補正することが可能である。

低膨張補正部材との接触状態を保ちながら光軸方向に移動可能に支持された保持部材で補正レンズを保持すれば、低膨張補正部材の変位量の自由度を高くして、補正レンズの移動量の設定範囲を増大させることができる。例えば、高膨張補正部材及び低膨張補正部材のうちの少なくとも一方を複数設けることにより、当接面を複数形成すれば、低膨張補正部材の変位量の自由度を効果的に高くして、補正レンズを大きく移動させることができる。また、低膨張補正部材の少なくとも一部として保持部材を用いれば、簡単な構成で補正レンズの移動量を増加させることができ、その移動に伴う保持部材の傾きを抑える求心効果を持たせることも可能である。したがって、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

付勢部材（例えばコイルバネ）で低膨張補正部材（例えば保持部材）を高膨張補正部材に対して光軸方向に付勢すれば、使用時の姿勢差の発生を効果的に防止することができるため、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。また、高膨張補正部材及び低膨張補正部材を光軸に対して同軸のリング形状にすれば、レンズユニットの構成を簡易化することが可能になるとともに、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

環境温度が変化すると、前記当接面で接触している高膨張補正部材と低膨張補正部材との接触角度に微妙な角度差が生じるおそれがある。低膨張補正部材と同じ材料から成るとともに前記当接面を構成する摺動部材を、高膨張補正部材が光軸に対して同軸の円周状に複数有する構成にすれば、互いに同じ材料で構成された当接面で摺動が行われることになるため、焦点位置移動の補正効果を維持したまま、前記角度差の発生を防ぐことができる。また、当接面での接触面積を減少させることにより移動時の摩擦を軽減することができ、更に低摩擦材料を用いることにより直接摩擦を低減することもできる。したがって、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

レンズユニットの第１の実施の形態を示す断面図。 図１の要部を示す拡大断面図。 第１の実施の形態における焦点補正機構の環境温度変化に伴う動作を示す断面図。 レンズユニットの第２の実施の形態を示す断面図。 図４の要部を示す拡大断面図。 第２の実施の形態における焦点補正機構の環境温度変化に伴う動作を示す断面図。 レンズユニットの第３の実施の形態を示す断面図。 図７の要部を示す拡大断面図。 第３の実施の形態における焦点補正機構の環境温度変化に伴う動作を示す断面図。 第３の実施の形態における熱変形リングを示す平面図。

以下、本発明を実施した温度補償機能を有するレンズユニットを、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。

本発明に係る温度補償機能を有するレンズユニットは、複数のレンズから成るレンズ系を有し、そのレンズ系において温度変化により生じる焦点位置移動（いわゆるフォーカスずれ）を、前記レンズ系のうちの少なくとも１枚のレンズを補正レンズとして光軸方向に移動させることにより補正するレンズユニットである。そして、以下に説明する各実施の形態では、レンズユニットに搭載されているレンズ系を撮像レンズ（例えばカメラ用の交換レンズ）としているが、レンズ系として投射レンズ（例えばシネマプロジェクタ用の交換レンズ）を搭載した場合でも同様の温度補償機能を持たせることが可能である。

〈第１の実施の形態（図１〜図３）〉
図１及び図２に、温度補償機能を有するレンズユニット９Ａ及び焦点補正機構８Ａの第１の実施の形態を示す。図１は、レンズ系として撮像レンズＬＮが搭載されたレンズユニット９Ａの概略断面構造を示しており、図２は、レンズユニット９Ａにおいて焦点補正機構８Ａが搭載されている部分を拡大して示している。

図１に示すレンズユニット９Ａは、撮像レンズＬＮ，焦点補正機構８Ａ等を備えている。撮像レンズＬＮは、複数のレンズ群を移動群及び固定群として有するズームレンズであり、異常分散ガラスから成るレンズを複数枚有している。撮像レンズＬＮのうち、最も像側の４枚のレンズ（図２）がズーム位置固定の最終群ＧｒＬを構成しており、最も像側の１枚の凸レンズが補正レンズＬＡである。正パワーを有する補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動すれば、撮像レンズＬＮの焦点位置も移動する。したがって、撮像レンズＬＮにおいて温度変化により生じる焦点位置移動は、補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動することにより補正可能である。

焦点補正機構８Ａは、図２に示すように、固定筒１，補正レンズ保持枠２，高膨張補正部材３，低膨張補正部材４，コイルバネ５，ネジ６等で構成されている。固定筒１の像側にはマウント７が設けられており、このマウント７を介してレンズユニット９Ａがカメラボディー（不図示）に取り付けられる。焦点補正機構８Ａは、その主要部がマウント７の内径側に配置されている。また、最終群ＧｒＬのうちの物体側のレンズ３枚は固定筒１に保持されており、最終群ＧｒＬのうちの最も像側の補正レンズＬＡは補正レンズ保持枠２に保持されている。

補正レンズ保持枠２は、高膨張補正部材３及び低膨張補正部材４を介して固定筒１に連結されており、また、低膨張補正部材４との接触状態を保ちながら光軸ＡＸ方向に移動可能に支持されている。その補正レンズ保持枠２及び補正レンズＬＡの移動基準となるのが固定筒１であり、固定筒１に対して補正レンズ保持枠２がコイルバネ５で付勢支持されている。コイルバネ５は、付勢部材として固定筒１内の円周６等分位置に配置されている。コイルバネ５の中心にはネジ６が挿入されており、固定筒１の穴１Ｈを通って補正レンズ保持枠２のネジ穴２Ｈに螺合している。このコイルバネ５を介したネジ締結により、低膨張補正部材４及び高膨張補正部材３は固定筒１に向けて光軸ＡＸ方向に付勢される。

高膨張補正部材３は高膨張材料から成っており、低膨張補正部材４は低膨張材料（高膨張材料よりも線膨張係数が低い材料）から成っている。また、高膨張補正部材３及び低膨張補正部材４は、光軸ＡＸに対して同軸のリング形状を有しており、光軸ＡＸに対して傾斜した状態（傾斜角：４５°）で互いに接触する当接面３Ｓ，４Ｓを２面ずつそれぞれ円周状に有している。高膨張補正部材（外周側リング）３は３本設けられており、低膨張補正部材（内周側リング）４は４本設けられている。したがって、高膨張補正部材３及び低膨張補正部材４が互いに接触する当接面３Ｓ，４Ｓは合計６面である。最も物体側の低膨張補正部材４と固定筒１は、光軸ＡＸに対して傾斜した状態（傾斜角：４５°）で互いに接触する当接面４Ｓ，１Ｓをそれぞれ１面ずつ円周状に有しており、最も像側の低膨張補正部材４と補正レンズ保持枠２は、光軸ＡＸに対して傾斜した状態（傾斜角：４５°）で互いに接触する当接面４Ｓ，２Ｓをそれぞれ１面ずつ円周状に有している。上記当接面１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，４Ｓの傾斜角は４５°に限らないが、当接面間の摩擦と光軸ＡＸ方向への変位量を考慮すると、３０°〜６０°の範囲が好ましい。

例えば、高膨張補正部材３を構成する高膨張材料は樹脂：ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）であり、低膨張補正部材４を構成する低膨張材料は金属：４３０系ステンレスであり、固定筒１及び補正レンズ保持枠２を構成するそれぞれの材料は金属：アルミニウムである。また、各材料の線膨張係数は、ＰＯＭ：１２０×１０^-6／℃（デュポン社製デルリン（登録商標）資料から）、アルミニウム：２４．３×１０^-6／℃、４３０系ステンレス：１０．４×１０^-6／℃であり、高膨張補正部材３には線膨張係数の高い材料が使用される。ステンレスには無電解ニッケルにフッ素樹脂を複合させた表面処理を施して、耐摩耗性・滑り性・非粘着性を向上させることが好ましい。ここでは、高膨張補正部材３及び低膨張補正部材４の当接面３Ｓ，４Ｓの中心までの直径Ｄと光軸ＡＸ方向の厚みΔとの比率は１６：１として（後述する図８参照。）、光軸ＡＸ方向に対して径方向の伸縮が十分大きくなるような設計を想定している。

高膨張補正部材３及び低膨張補正部材４にそれぞれ有している当接面３Ｓ，４Ｓは、光軸ＡＸに対して傾斜した状態で互いに接触しているため、温度変化により高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して垂直方向に伸縮すると、低膨張補正部材４が光軸ＡＸ方向に変位する。低膨張補正部材４が光軸ＡＸ方向に変位すると、低膨張補正部材４と接触している補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動するので、撮像レンズＬＮにおいて温度変化により生じる焦点位置移動を補正することが可能となる。

例えば、高膨張補正部材３がＰＯＭから成り、低膨張補正部材４が４３０系ステンレスから成り、固定筒１及び補正レンズ保持枠２がアルミニウムから成るものとすると、環境温度が上がった場合、高膨張補正部材３は主に径方向に膨張し、ＰＯＭと４３０系ステンレス、及びアルミニウムと４３０系ステンレスの線膨張係数の差により、径方向に隙間が生じる。高膨張補正部材３，低膨張補正部材４及び補正レンズ保持枠２は、光軸ＡＸ方向で固定筒１側に付勢を受けているので、この膨張によって生じる径方向の隙間を埋めるように、補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡは物体側（固定筒１側）に移動する。つまり、光軸ＡＸ上を像面から離れる方向に移動する。このときの高膨張補正部材３と低膨張補正部材４の位置関係を図３（Ａ）に示す。環境温度が下がった場合、上記とは逆になり、高膨張補正部材３は主に径方向に収縮するため、補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡは像側に移動する。つまり、光軸ＡＸ上を像面に近づく方向に移動する。このときの高膨張補正部材３と低膨張補正部材４の位置関係を図３（Ｂ）に示す。

撮像レンズＬＮでは、前述したように環境温度変化によりレンズ材料の屈折率が変動するため、焦点位置の移動が生じる。ここで、この焦点位置の移動を打ち消すために必要な補正レンズＬＡの移動量（像面側への移動を＋とする。）を、−１２．５μｍ／℃の設計とする。なお、補正レンズＬＡのパワーを強くすると焦点位置の補正効果は大きくなり、温度変化に対し少ない移動量で焦点位置の補正が可能になるが、その他の光学性能の誤差感度もきつくなってしまい、補正レンズＬＡの移動に伴う偏心によって、逆に結像性能が低下する可能性が高くなる。

温度変化に対する補正レンズＬＡの移動量は、以下の式（Ｆ１），（Ｆ２）で表される。
Δｌ／Δｔ＝Ｒ・（α１−α２）／ｔａｎθ …（Ｆ１）
ΔＬ／Δｔ＝Σ［ｋ＝１，ｎ］ａ_k …（Ｆ２）
ただし、
Δｌ／Δｔ：１つの当接面による温度変化１℃あたりの光軸方向への変位量、
ΔＬ／Δｔ：温度変化１℃あたりの光軸方向への変位量の合計、
ａ＝Ｒ・（α１−α２）／ｔａｎθ
Ｒ：光軸から当接面までの距離、
θ：当接面の光軸に対する傾斜角度、
α１：当接面で接触している高膨張側の線膨張係数、
α２：当接面で接触している低膨張側の線膨張係数、
ｎ：当接面の数、
である。

第１の実施の形態での温度変化による補正レンズＬＡの移動量は、ΔＬ／Δｔ＝６×１９（ｍｍ）×（１２０×１０^-6−１０．４×１０^-6）／ｔａｎ４５°＋２×１９（ｍｍ）×（２４．３×１０^-6−１０．４×１０^-6）／ｔａｎ４５＝０．０１３ｍｍ／℃となる。像面側への移動を＋とすると、移動量は−１３μｍ／℃となり、必要移動量−１２．５μｍ／℃に対してほぼ影響のないレベルに達しており、温度変化による結像性能の劣化を防ぐことができる。

レンズユニット９Ａの焦点補正機構８Ａでは、前述したように、温度変化により高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して垂直方向に伸縮すると低膨張補正部材４が光軸ＡＸ方向に変位するように、光軸ＡＸに対して傾斜した状態で互いに接触する当接面３Ｓ，４Ｓを高膨張補正部材３及び低膨張補正部材４がそれぞれ有している。光軸ＡＸに対して垂直方向の伸縮が当接面３Ｓ，４Ｓで光軸ＡＸ方向の変位に変換されるため、光軸ＡＸ方向に大きなスペースを必要とせずに光軸ＡＸ方向の大きな変位を得ることができる。その大きな変位によって補正レンズＬＡを光軸ＡＸ方向に移動させることができるため、環境温度変化による大きな焦点位置移動を簡易かつコンパクトな構成で高精度に補正することが可能である。

レンズユニット９Ａの焦点補正機構８Ａでは、低膨張補正部材４との接触状態を保ちながら光軸ＡＸ方向に移動可能に支持された補正レンズ保持枠２で補正レンズＬＡを保持する構成になっているため、低膨張補正部材４の変位量の自由度を高くして、補正レンズＬＡの移動量の設定範囲を増大させることができる。また、高膨張補正部材３や低膨張補正部材４を複数設けることにより、当接面３Ｓ，４Ｓを複数形成しているため、低膨張補正部材４の変位量の自由度を効果的に高くして、補正レンズＬＡを大きく移動させることができる。

レンズユニット９Ａの焦点補正機構８Ａでは、コイルバネ５で低膨張補正部材４を高膨張補正部材３に対して光軸ＡＸ方向に付勢する構成になっているため、使用時の姿勢差の発生を効果的に防止することができる。したがって、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。また、高膨張補正部材３及び低膨張補正部材４が光軸ＡＸに対して同軸のリング形状になっているため、レンズユニット９Ａの構成が簡易化されるとともに、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

〈第２の実施の形態（図４〜図６）〉
図４及び図５に、温度補償機能を有するレンズユニット９Ｂ及び焦点補正機構８Ｂの第２の実施の形態を示す。図４は、レンズ系として撮像レンズＬＮが搭載されたレンズユニット９Ｂの概略断面構造を示しており、図５は、レンズユニット９Ｂにおいて焦点補正機構８Ｂが搭載されている部分を拡大して示している。

図４に示すレンズユニット９Ｂは、撮像レンズＬＮ，焦点補正機構８Ｂ等を備えている。撮像レンズＬＮは、焦点距離２８ｍｍの単焦点レンズであり、通常の分散性を有する光学ガラスから成るレンズで構成されている。撮像レンズＬＮのうち、最も像側の３枚のレンズ（図５）がレンズタイプにおける最終群ＧｒＬを構成しており、最も像側の１枚の凸レンズが補正レンズＬＡである。正パワーを有する補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動すれば、撮像レンズＬＮの焦点位置も移動する。したがって、撮像レンズＬＮにおいて温度変化により生じる焦点位置移動は、補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動することにより補正可能である。

焦点補正機構８Ｂは、図５に示すように、固定筒１，補正レンズ保持枠２，高膨張補正部材３，コイルバネ５，ネジ６等で構成されている。固定筒１の像側にはマウント７が設けられており、このマウント７を介してレンズユニット９Ｂがカメラボディー（不図示）に取り付けられる。焦点補正機構８Ｂは、その主要部がマウント７の内径側に配置されている。また、最終群ＧｒＬのうちの物体側のレンズ２枚は固定筒１に保持されており、最終群ＧｒＬのうちの最も像側の補正レンズＬＡは補正レンズ保持枠２に保持されている。

補正レンズ保持枠２は、高膨張補正部材３を介して固定筒１に連結されており、また、高膨張補正部材３との接触状態を保ちながら光軸ＡＸ方向に移動可能に支持されている。その補正レンズ保持枠２及び補正レンズＬＡの移動基準となるのが固定筒１であり、固定筒１に対して補正レンズ保持枠２がコイルバネ５で付勢支持されている。コイルバネ５は、付勢部材として固定筒１内の円周６等分位置に配置されている。コイルバネ５の中心にはネジ６が挿入されており、固定筒１の穴１Ｈを通って補正レンズ保持枠２のネジ穴２Ｈに螺合している。このコイルバネ５を介したネジ締結により、高膨張補正部材３は固定筒１に向けて光軸ＡＸ方向に付勢される。

高膨張補正部材３は高膨張材料から成っており、補正レンズ保持枠２は低膨張材料（高膨張材料よりも線膨張係数が低い材料）から成っている。高膨張補正部材３は、光軸ＡＸに対して同軸のリング形状を有しており、光軸ＡＸに対して傾斜した（傾斜角：４５°）当接面３Ｓを円周状に２面有している。固定筒１は光軸ＡＸに対して傾斜した（傾斜角：４５°）当接面１Ｓを円周状に１面有しており、補正レンズ保持枠２は光軸ＡＸに対して傾斜した（傾斜角：４５°）当接面２Ｓを円周状に１面有している。そして、高膨張補正部材３の当接面３Ｓと固定筒１の当接面１Ｓとが接触しており、高膨張補正部材３の当接面３Ｓと補正レンズ保持枠２の当接面２Ｓとが接触している。上記当接面１Ｓ，２Ｓ，３Ｓの傾斜角は４５°に限らないが、当接面間の摩擦と光軸ＡＸ方向への変位量を考慮すると、３０°〜６０°の範囲が好ましい。

例えば、高膨張補正部材３を構成する高膨張材料は樹脂：ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）であり、固定筒１及び補正レンズ保持枠２を構成するそれぞれの材料は金属：アルミニウムである。また、各材料の線膨張係数は、ＰＯＭ：１２０×１０^-6／℃（デュポン社製デルリン（登録商標）資料から）、アルミニウム：２４．３×１０^-6／℃であり、線膨張係数の高い高膨張補正部材３（ＰＯＭリング）が当接面１Ｓ，２Ｓの外側に配置される。ここでは、高膨張補正部材３及び補正レンズ保持枠２の当接面３Ｓ，２Ｓの中心までの直径Ｄと光軸ＡＸ方向の厚みΔとの比率は１５：１として（後述する図８参照。）、光軸ＡＸ方向に対して径方向の伸縮が十分大きくなるような設計を想定している。

高膨張補正部材３及び補正レンズ保持枠２にそれぞれ有している当接面３Ｓ，２Ｓは、光軸ＡＸに対して傾斜した状態で互いに接触しているため、温度変化により高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して垂直方向に伸縮すると、補正レンズ保持枠２が光軸ＡＸ方向に変位する。結果として、補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動するので、撮像レンズＬＮにおいて温度変化により生じる焦点位置移動を補正することが可能となる。

例えば、高膨張補正部材３がＰＯＭから成り、固定筒１及び補正レンズ保持枠２がアルミニウムから成るものとすると、環境温度が上がった場合、高膨張補正部材３は主に径方向に膨張し、ＰＯＭとアルミニウムの線膨張係数の差により、径方向に隙間が生じる。高膨張補正部材３及び補正レンズ保持枠２は、光軸ＡＸ方向で固定筒１側に付勢を受けているので、この膨張によって生じる径方向の隙間を埋めるように、補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡは物体側（固定筒１側）に移動する。つまり、光軸ＡＸ上を像面から離れる方向に移動する。このときの固定筒１と高膨張補正部材３と補正レンズ保持枠２の位置関係を図６（Ａ）に示す。環境温度が下がった場合、上記とは逆になり、高膨張補正部材３は主に径方向に収縮するため、補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡは像側に移動する。つまり、光軸ＡＸ上を像面に近づく方向に移動する。このときの固定筒１と高膨張補正部材３と補正レンズ保持枠２の位置関係を図６（Ｂ）に示す。

撮像レンズＬＮでは、前述したように環境温度変化によりレンズ材料の屈折率が変動するため、焦点位置の移動が生じる。その移動量は、異常分散ガラスを含む第１の実施の形態の撮像レンズＬＮ（図１）に比べて１／４程度になるので、この焦点位置の移動を打ち消すために必要な補正レンズＬＡの移動量（像面側への移動を＋とする。）は、−３．４μｍ／℃と比較的小さい値になる。それに対して、第２の実施の形態での温度変化による補正レンズＬＡの移動量は、ΔＬ／Δｔ＝２×１９（ｍｍ）×（１２０×１０^-6−２４．３×１０^-6）／ｔａｎ４５°＝０．００３６ｍｍ／℃となる。像面側への移動を＋とすると、移動量は−３．６μｍ／℃となり、必要移動量−３．４μｍ／℃に対してほぼ影響のないレベルに達しており、温度変化による結像性能の劣化を防ぐことができる。

レンズユニット９Ｂの焦点補正機構８Ｂでは、前述したように、温度変化により高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して垂直方向に伸縮すると補正レンズ保持枠２が光軸ＡＸ方向に変位するように、光軸ＡＸに対して傾斜した状態で互いに接触する当接面３Ｓ，２Ｓを高膨張補正部材３及び補正レンズ保持枠２がそれぞれ有している。光軸ＡＸに対して垂直方向の伸縮が当接面３Ｓ，２Ｓで光軸ＡＸ方向の変位に変換されるため、光軸ＡＸ方向に大きなスペースを必要とせずに光軸ＡＸ方向の大きな変位を得ることができる。その大きな変位によって補正レンズＬＡを光軸ＡＸ方向に移動させることができるため、環境温度変化による大きな焦点位置移動を簡易かつコンパクトな構成で高精度に補正することが可能である。

レンズユニット９Ｂの焦点補正機構８Ｂでは、低膨張補正部材として補正レンズ保持枠２を用いた構成になっているため、簡単な構成で補正レンズＬＡの移動量を増加させることができ、その移動に伴う補正レンズ保持枠２の傾きを抑える求心効果を得ることも可能である。したがって、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

レンズユニット９Ｂの焦点補正機構８Ｂでは、コイルバネ５で補正レンズ保持枠２を高膨張補正部材３に対して光軸ＡＸ方向に付勢する構成になっているため、使用時の姿勢差の発生を効果的に防止することができる。したがって、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。また、高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して同軸のリング形状になっているため、レンズユニット９Ｂの構成が簡易化されるとともに、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

〈第３の実施の形態（図７〜図１０）〉
図７及び図８に、温度補償機能を有するレンズユニット９Ｃ及び焦点補正機構８Ｃの第３の実施の形態を示す。図７は、レンズ系として撮像レンズＬＮが搭載されたレンズユニット９Ｃの概略断面構造を示しており、図８は、レンズユニット９Ｃにおいて焦点補正機構８Ｃが搭載されている部分を拡大して示している。

図７に示すレンズユニット９Ｃは、撮像レンズＬＮ，焦点補正機構８Ｃ等を備えている。撮像レンズＬＮは、焦点距離２８ｍｍの単焦点レンズであり、通常の分散性を有する光学ガラスから成るレンズで構成されている。撮像レンズＬＮのうち、最も像側の３枚のレンズ（図８）がレンズタイプにおける最終群ＧｒＬを構成しており、最も像側の１枚の凸レンズが補正レンズＬＡである。正パワーを有する補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動すれば、撮像レンズＬＮの焦点位置も移動する。したがって、撮像レンズＬＮにおいて温度変化により生じる焦点位置移動は、補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動することにより補正可能である。

焦点補正機構８Ｃは、図８に示すように、固定筒１，補正レンズ保持枠２，高膨張補正部材３，コイルバネ５，ネジ６等で構成されている。固定筒１の像側にはマウント７が設けられており、このマウント７を介してレンズユニット９Ｃがカメラボディー（不図示）に取り付けられる。焦点補正機構８Ｃは、その主要部がマウント７の内径側に配置されている。また、最終群ＧｒＬのうちの物体側のレンズ２枚は固定筒１に保持されており、最終群ＧｒＬのうちの最も像側の補正レンズＬＡは補正レンズ保持枠２に保持されている。

補正レンズ保持枠２は、高膨張補正部材３を介して固定筒１に連結されており、また、高膨張補正部材３との接触状態を保ちながら光軸ＡＸ方向に移動可能に支持されている。その補正レンズ保持枠２及び補正レンズＬＡの移動基準となるのが固定筒１であり、固定筒１に対して補正レンズ保持枠２がコイルバネ５で付勢支持されている。コイルバネ５は、付勢部材として固定筒１内の円周６等分位置に配置されている。コイルバネ５の中心にはネジ６が挿入されており、固定筒１の穴１Ｈを通って補正レンズ保持枠２のネジ穴２Ｈに螺合している。このコイルバネ５を介したネジ締結により、高膨張補正部材３は固定筒１に向けて光軸ＡＸ方向に付勢される。

高膨張補正部材３は、補正部本体３Ａと摺動部材３Ｂから成っている。補正部本体３Ａは高膨張材料から成っており、摺動部材３Ｂ及び補正レンズ保持枠２は低膨張材料（高膨張材料よりも線膨張係数が低い材料）から成っている。補正部本体３Ａは、光軸ＡＸに対して同軸のリング形状を有しており、リングの表裏面となる内周側の円周６等分位置にそれぞれ切欠き溝３Ｖが形成されている。補正部本体３Ａに形成されている各切欠き溝３Ｖには、図１０に示すように、チップ状の摺動部材３Ｂが接着により固着されている。摺動部材３Ｂは、補正レンズ保持枠２と同じ材料から成るとともに、光軸ＡＸに対して傾斜した（傾斜角：４５°）当接面３Ｓを有している。なお、摺動部材３Ｂにはタフラム（登録商標）表面処理を施して、耐摩耗性向上・摺動性向上・かじり防止の効果を持たせることが好ましい。

固定筒１（図８）は光軸ＡＸに対して傾斜した（傾斜角：４５°）当接面１Ｓを円周状に１面有しており、補正レンズ保持枠２は光軸ＡＸに対して傾斜した（傾斜角：４５°）当接面２Ｓを円周状に１面有している。そして、摺動部材３Ｂの当接面３Ｓと固定筒１の当接面１Ｓとが接触しており、摺動部材３Ｂの当接面３Ｓと補正レンズ保持枠２の当接面２Ｓとが接触している。上記当接面１Ｓ，２Ｓ，３Ｓの傾斜角は４５°に限らないが、当接面間の摩擦と光軸ＡＸ方向への変位量を考慮すると、３０°〜６０°の範囲が好ましい。

例えば、補正部本体３Ａを構成する高膨張材料は樹脂：ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）であり、摺動部材３Ｂ，固定筒１及び補正レンズ保持枠２を構成するそれぞれの材料は金属：アルミニウムである。また、各材料の線膨張係数は、ＰＯＭ：１２０×１０^-6／℃（デュポン社製デルリン（登録商標）資料から）、アルミニウム：２４．３×１０^-6／℃であり、線膨張係数の高い高膨張補正部材３（ＰＯＭリング）が当接面１Ｓ，２Ｓの外側に配置される。ここでは、高膨張補正部材３及び補正レンズ保持枠２の当接面３Ｓ，２Ｓの中心までの直径Ｄと光軸ＡＸ方向の厚みΔとの比率は１５：１として、光軸ＡＸ方向に対して径方向の伸縮が十分大きくなるような設計を想定している。

高膨張補正部材３及び補正レンズ保持枠２にそれぞれ有している当接面３Ｓ，２Ｓは、光軸ＡＸに対して傾斜した状態で互いに接触しているため、温度変化により高膨張補正部材３の補正部本体３Ａが光軸ＡＸに対して垂直方向に伸縮すると、補正レンズ保持枠２が光軸ＡＸ方向に変位する。結果として、補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡが光軸ＡＸ方向に移動するので、撮像レンズＬＮにおいて温度変化により生じる焦点位置移動を補正することが可能となる。

例えば、高膨張補正部材３がＰＯＭから成り、摺動部材３Ｂ，固定筒１及び補正レンズ保持枠２がアルミニウムから成るものとすると、環境温度が上がった場合、高膨張補正部材３の補正部本体３Ａは主に径方向に膨張し、ＰＯＭとアルミニウムの線膨張係数の差により、摺動部材３Ｂと固定筒１及び補正レンズ保持枠２との間に径方向の隙間が生じる。高膨張補正部材３及び補正レンズ保持枠２は、光軸ＡＸ方向で固定筒１側に付勢を受けているので、この膨張によって生じる径方向の隙間を埋めるように、補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡは物体側（固定筒１側）に移動する。つまり、光軸ＡＸ上を像面から離れる方向に移動する。このときの固定筒１と高膨張補正部材３と補正レンズ保持枠２の位置関係を図９（Ａ）に示す。環境温度が下がった場合、上記とは逆になり、高膨張補正部材３の補正部本体３Ａは主に径方向に収縮するため、補正レンズ保持枠２及びそれに保持されている補正レンズＬＡは像側に移動する。つまり、光軸ＡＸ上を像面に近づく方向に移動する。このときの固定筒１と高膨張補正部材３と補正レンズ保持枠２の位置関係を図９（Ｂ）に示す。

各当接面１Ｓ，２Ｓ，３Ｓは同じ材料で構成されているので、温度変化によって材料が伸縮することによって発生する当接面１Ｓ，２Ｓ，３Ｓの光軸ＡＸからの角度変化量は全て同じになる。樹脂と金属では線膨張係数が大きく異なるので、温度変化量が極端に大きくなったときに、各当接面１Ｓ，２Ｓ，３Ｓの接触角度に違いから生じて、摺動性の低下を招くこともあるが、同じ材料を用いればそれを防ぐことができる。また、同じ材料でなくとも、金属同士ならば線膨張係数の違いによる摺動性低下の影響を抑えることができる。

撮像レンズＬＮでは、前述したように環境温度変化によりレンズ材料の屈折率が変動するため、焦点位置の移動が生じる。その移動量は、異常分散ガラスを含む第１の実施の形態の撮像レンズＬＮ（図１）に比べて１／４程度になるので、この焦点位置の移動を打ち消すために必要な補正レンズＬＡの移動量（像面側への移動を＋とする。）は、−３．４μｍ／℃と比較的小さい値になる。それに対して、第３の実施の形態での温度変化による補正レンズＬＡの移動量は、ΔＬ／Δｔ＝２×１９（ｍｍ）×（１２０×１０^-6−２４．３×１０^-6）／ｔａｎ４５°＝０．００３６ｍｍ／℃となる。像面側への移動を＋とすると、移動量は−３．６μｍ／℃となり、必要移動量−３．４μｍ／℃に対してほぼ影響のないレベルに達しており、温度変化による結像性能の劣化を防ぐことができる。

レンズユニット９Ｃの焦点補正機構８Ｃでは、前述したように、温度変化により高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して垂直方向に伸縮すると補正レンズ保持枠２が光軸ＡＸ方向に変位するように、光軸ＡＸに対して傾斜した状態で互いに接触する当接面３Ｓ，２Ｓを高膨張補正部材３及び補正レンズ保持枠２がそれぞれ有している。光軸ＡＸに対して垂直方向の伸縮が当接面３Ｓ，２Ｓで光軸ＡＸ方向の変位に変換されるため、光軸ＡＸ方向に大きなスペースを必要とせずに光軸ＡＸ方向の大きな変位を得ることができる。その大きな変位によって補正レンズＬＡを光軸ＡＸ方向に移動させることができるため、環境温度変化による大きな焦点位置移動を簡易かつコンパクトな構成で高精度に補正することが可能である。

レンズユニット９Ｃの焦点補正機構８Ｃでは、低膨張補正部材として補正レンズ保持枠２を用いた構成になっているため、簡単な構成で補正レンズＬＡの移動量を増加させることができ、その移動に伴う補正レンズ保持枠２の傾きを抑える求心効果を得ることも可能である。したがって、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

レンズユニット９Ｃの焦点補正機構８Ｃでは、コイルバネ５で補正レンズ保持枠２を高膨張補正部材３に対して光軸ＡＸ方向に付勢する構成になっているため、使用時の姿勢差の発生を効果的に防止することができる。したがって、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。また、高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して同軸のリング形状になっているため、レンズユニット９Ｃの構成が簡易化されるとともに、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

前記第２の実施の形態では、環境温度が変化すると、当接面３Ｓ，２Ｓで接触している高膨張補正部材３と補正レンズ保持枠２との接触角度に微妙な角度差が生じるおそれがある。前述したように、補正レンズ保持枠２と同じ材料から成るとともに当接面３Ｓを構成する摺動部材３Ｂを、高膨張補正部材３が光軸ＡＸに対して同軸の円周状に複数有する構成にすれば、互いに同じ材料で構成された当接面３Ｓで摺動が行われることになるため、焦点位置移動の補正効果を維持したまま、前記角度差の発生を防ぐことができる。また、当接面３Ｓでの接触面積を減少させることにより移動時の摩擦を軽減することができ、更に低摩擦材料を用いることにより直接摩擦を低減することもできる。したがって、焦点位置移動の補正を高精度かつ安定的に行うことが可能となる。

１ 固定筒
２ 補正レンズ保持枠（保持部材，低膨張補正部材）
３ 高膨張補正部材
４ 低膨張補正部材
３Ａ 補正部本体
３Ｂ 摺動部材
３Ｖ 切欠き溝
１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，４Ｓ 当接面
１Ｈ 穴
２Ｈ ネジ穴
５ コイルバネ（付勢部材）
６ ネジ
７ マウント
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ 焦点補正機構
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ レンズユニット
ＬＮ 撮像レンズ（レンズ系）
ＧｒＬ 最終群
ＬＡ 補正レンズ
ＡＸ 光軸

Claims (7)

1. 複数のレンズから成るレンズ系を有し、そのレンズ系において温度変化により生じる焦点位置移動を、前記レンズ系のうちの少なくとも１枚のレンズを補正レンズとして光軸方向に移動させることにより補正するレンズユニットであって、
   高膨張材料から成る高膨張補正部材と、前記高膨張材料よりも線膨張係数が低い材料から成る低膨張補正部材とを有し、
   温度変化により前記高膨張補正部材が光軸に対して垂直方向に伸縮すると前記低膨張補正部材が光軸方向に変位するように、光軸に対して傾斜した状態で互いに接触する当接面を前記高膨張補正部材及び低膨張補正部材がそれぞれ有し、前記低膨張補正部材が光軸方向に変位することにより前記補正レンズの光軸方向の移動が行われることを特徴とするレンズユニット。
2. さらに、前記補正レンズの移動基準となる固定筒と、前記補正レンズを保持する保持部材とを有し、前記保持部材が、前記高膨張補正部材及び低膨張補正部材を介して前記固定筒に連結され、かつ、前記低膨張補正部材との接触状態を保ちながら光軸方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。
3. さらに、前記補正レンズの移動基準となる固定筒を有し、前記補正レンズを保持する保持部材を前記低膨張補正部材の少なくとも一部として有することを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。
4. さらに、前記低膨張補正部材を前記高膨張補正部材に対して光軸方向に付勢する付勢部材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズユニット。
5. 前記高膨張補正部材及び低膨張補正部材が光軸に対して同軸のリング形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレンズユニット。
6. 前記高膨張補正部材及び低膨張補正部材のうちの少なくとも一方を複数有することにより、前記当接面が複数形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレンズユニット。
7. 前記低膨張補正部材と同じ材料から成るとともに前記当接面を構成する摺動部材を、前記高膨張補正部材が光軸に対して同軸の円周状に複数有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズユニット。

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