JP2014164267A

JP2014164267A - 光学装置

Info

Publication number: JP2014164267A
Application number: JP2013037804A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Irita; 丈司入田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】野外での使用において好適な特性を有する光学装置を提供する。
【解決手段】光通過領域（１５）の外側に設けられた外装部材（２０）と、
前記外装部材の光通過領域側と反対側の面の少なくとも一部に設けられ、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光の平均反射率が４０％以上であり、かつ、波長２５００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の平均反射率が２０％以下である反射膜（２６）とを有することを特徴とする光学装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学装置に関する。

カメラに備えられるレンズ鏡筒等の光学装置は、太陽光のような赤外光を含む光線を照射される環境下で使用される場合がある。従来技術に係る光学装置では、太陽光が多量に照射される環境下で用いられた場合、照射熱によって光学装置内部の温度が上昇し、光学装置内部に備えられる光学部材等へ悪影響を及ぼすという問題が発生している。

光学装置の温度上昇を防止するための従来技術としては、例えば温度上昇によって白色に変化する感温変色層をレンズ鏡筒表面に設ける技術が提案されている（特許文献１等参照）。

特開２００７−４９３７０号公報

しかし、単純に鏡筒表面が白色系（明色系）であるだけでは、日射による温度上昇を十分に防ぐことができない場合があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされ、その目的は太陽光の照射熱による温度上昇を好適に防止し得る光学装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る光学装置は、
光通過領域（１５）の外側に設けられた外装部材（２０）と、
前記外装部材の光通過領域側と反対側の面の少なくとも一部に設けられ、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光の平均反射率が４０％以上であり、かつ、波長２５００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の平均反射率が２０％以下である反射膜（２６）とを有することを特徴とする。

また、例えば、前記反射膜は、セラミック粉を含んでいても良い。

また、例えば、前記セラミック粉は、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含んでいても良い。

また、例えば、前記外装部材の前記反射膜が設けられる部分は、樹脂、金属、カーボン・樹脂複合材料から選択された少なくとも１つからなるものであっても良い。

なお上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るレンズ鏡筒の全体図である。図２は、図１に示すレンズ鏡筒における筐体の部分断面図である。図３は、図２に示す反射膜の分光反射率及び分光放射率を表すグラフである。図４は、本発明に係るレンズフードの全体図である。図５は、本発明に係るカメラ本体を正面側から観察した斜視図である。図６は、本発明に係るカメラ本体を背面側から観察した斜視図である。

第１実施形態
図１は、第１実施形態に係るレンズ鏡筒１０の全体図である。レンズ鏡筒１０は、いわゆる一眼レフレックスカメラのカメラボディに対して着脱可能な望遠型交換レンズ鏡筒である。第１実施形態では、光学装置としてレンズ鏡筒１０を例に説明を行うが、実施の形態はこれに限定されず、レンズフード（図４参照）、カメラボディ（図５及び図６参照）、カメラ（レンズ鏡筒とカメラとが一体化したもの）等が、その他の光学装置として挙げられる。また、光学装置は、スチルカメラや、スチルカメラのレンズ鏡筒やカメラ本体に限定されるものではなく、ビデオカメラ、テレコンバータ、望遠鏡、双眼鏡、単眼鏡等を含む。

レンズ鏡筒１０は、略円筒形状の外形状を有しており、レンズ鏡筒１０の外周は、略円筒状の筐体１２によって構成される。筐体１２は、互いに外径の異なる第１の部分１２ａ、第２の部分１２ｂ及び第３の部分１２ｃを有し、被写体側から撮像面側に向かって、第１の部分１２ａ、第２の部分１２ｂ、第３の部分１２ｃの順に配置される。筐体１２を構成する各部分１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、無底の円筒形状を有している。筐体１２の外径は、被写体側から撮像面側に向かって段階的に小さくなっており、第１の部分１２ａの外径が最も大きく、第３の部分１２ｃの外径が最も小さい。

筐体１２を構成する円筒の中心側には、筐体１２の中心軸に沿う方向に、光が通過可能な光通過領域１５が形成されている。さらに、筐体１２の内部に形成されている光通過領域１５には、光学レンズ群１３が備えられている。光学レンズ群１３は、レンズ鏡筒１０に対して被写体側から入射した光を、撮像面側（カメラ本体側）に出射する。また、本実施形態に係るレンズ鏡筒１０は、被写体側から入射した光の像を、当該光を撮像面側に出射した後の所定の位置で、形成することができる。なお、筐体１２の内部には、光学レンズ群の他に、絞り等の他の光学部材や、これらの光学部材の位置を変化させるための駆動部や制御部等が備えられている。

レンズ鏡筒１０を使用する際には、筐体１２の撮像面側に、不図示のカメラ本体が取り付けられる。カメラ本体は、レンズ鏡筒１０に備えられる光学レンズ群によって形成される光の像を記録する記録媒体等を有する。また、筐体１２の被写体側の端部には、レンズ鏡筒１０の光通過領域１５に不要な光が入射することを防止するために、レンズフードが取り付けられても良い。

筐体１２の第２の部分１２ｂの外側には、ズーム環１６が取り付けられている。ズーム環１６は、筐体１２に対して相対回転自在であり、使用者はズーム環１６を回転させることによって、レンズ鏡筒１０の焦点距離を変更することができる。また、筐体１２の第３の部分１２ｃの外側には、フォーカス環１７が取り付けられている。フォーカス環１７は、筐体１２の内部に備えられる光学レンズ群の位置を変化させ、焦点調整を行うための操作部である。フォーカス環１７は、ズーム環１６と同様に、筐体１２に対して相対回転自在であり、使用者はフォーカス環１７を回転させることによって、レンズ鏡筒１０の焦点調整を行うことができる。

図２は、図１に示す筐体１２の断面図である。筐体１２は、光通過領域１５の外側に設けられた外装部材２０と、外装部材２０の光通過領域１５側とは反対側の面に設けられた反射膜２６とを有する。外装部材２０は、筐体１２と同様に円筒形状を有しており、筐体１２における構造材として機能する。

外装部材２０は、筐体１２の内部に備えられる光学レンズ群１３等を支持するために十分な剛性を有している。外装部材２０は、例えば、Ｍｇ、Ａｌ等を含む金属材料や、ポリカーボネイト等の樹脂材料又はカーボン・樹脂複合材料によって構成されることが、軽量化を図りつつ剛性を確保する観点から好ましいが、特に限定されない。

反射膜２６は、外装部材２０の外側表面を覆うように設けられている。図１に示すレンズ鏡筒１０では、筐体１２を構成する各部分１２ａ，１２ｂ，１２ｃの表面全体に反射膜２６が設けられているが、反射膜２６は、外装部材２０の外側表面の一部のみに設けられていても良い。その場合、反射膜２６が設けられていない外側表面の他の一部には、反射膜２６とは異なる他の膜が、外装部材２０の外側表面を保護等するために設けられていても良い。

図２に示す反射膜２６の色は、白色系（シルバーを含む）であり、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光の平均反射率が４０％以上であり、かつ、波長２５００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の平均反射率が２０％以下である。ここで、平均反射率は、下記に示す数式（１）から算出される値とすることができる。

式１において、Ｒλ（ｉ）は各波長の反射率であり、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光の平均反射率を算出する場合はλ（１）＝４００，λ（２）＝４１０，λ（３）＝４２０，・・・λ（ｎ）＝７５０ｎｍとし、波長２５００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の平均反射率を算出する場合はλ（１）＝２５００，λ（２）＝２５１０，λ（３）＝２５２０，・・・λ（ｎ）＝４０００ｎｍとする。

反射膜２６には、赤外光のうち近赤外光以外の中赤外光及び遠赤外光を吸収する中赤外・遠赤外吸収材３４が含まれる。反射膜２６に含まれる中赤外・遠赤外吸収材３４としては特に限定されないが、例えばセラミック粉を含むものが好ましく、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含むセラミック粉が特に好ましい。酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含むセラミック粉は、これを含む塗膜における中赤外及び遠赤外領域の波長の吸収を高めることができる。

図２のような反射膜２６は、塗布等により形成される。例えば、反射膜２６は、乾燥後に反射膜２６となる塗料（一般的な白色系又はシルバー系の色材と、中赤外・遠赤外吸収材３４とを含む）を、外装部材２０の外側表面に塗布して、形成することができる。

図３（ａ）は、図２に示す反射膜２６の分光反射率を、参考例である塗膜８２の分光反射率とともに表したものである。塗膜８２は、一般的な白色系（シルバーを含む）の塗膜であり、可視光領域から遠赤外領域にかけて、全体的に高い反射率を有し、例えば、波長４００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の平均反射率が４０％以上である。塗膜８２を外装部材２０の外側表面に形成した場合、塗膜８２は太陽光の反射率が高いため、黒色等の太陽光を吸収しやすい塗膜に比べて、日射による光学装置の温度上昇を抑制することができる。

ここで、所定の強さの日射を受け続けた際に筐体が到達する平衡温度は、筐体へ入る熱量と筐体から出る熱量のバランス（熱平衡）によって決まる。そのため、塗膜８２からさらに平衡温度を下げるには、筐体へ入る熱量を低く維持しつつ、熱放射を高めることが有効であると考えられる。しかし、筐体へ入る熱量を抑制する反射率と、熱放射を高める放射率とは、トレードオフの関係、すなわち、1−反射率＝放射率、であるため、反射率を維持して放射率を上げることはできず、図２に示すような反射膜２６の完成までは、反射率及び放射率を調整することでは、上述のような対策は実施できないと考えられていた。
このため、塗膜８２のように、中赤外波長域〜遠赤外波長領域の反射率が高い場合は、気温（環境温度）が上昇するにつれて、温度上昇の抑制効果が、気温が低い場合に比べて小さくなってしまう。これは、機器表面から外部になされる放射（熱放射、すなわち電磁波）の影響が現れることによる。
気温の上昇により日射による温度上昇を抑制する性能が低下する仕組みは、以下の通りである。すなわち、黒色の塗膜は中赤外波長域〜遠赤外波長領域の放射率が高い（言い換えると反射率は低い）ことから熱放射の寄与が大きく、気温が高くなると熱放射の効果により若干ながら昇温し難くなる。これに対して塗膜８２は熱放射の寄与が小さく、気温が高くなっても昇温し難くはならない（ほとんど変わらない）のである。

上記の事情を考慮した検討の結果、塗膜の特性としては、日射を反射する事、すなわち、地上の太陽光のスペクトルである可視光〜近赤外領域に対する反射率のみを高くすれば良い、との考えに至った。
そのためには、反射膜２６としては、中赤外および遠赤外の光を吸収する材質であるセラミック（焼結体）の粉体、特に酸化アルミニウムもしくは酸化ジルコニウムなどの金属酸化物を添加し、２３００ｎｍを超える中赤外および遠赤外の波長を吸収する膜とすることが有効である。
図３（ａ）に示すように、反射膜２６は、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光の平均反射率が４０％以上であり、かつ、波長２５００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の平均反射率が２０％以下である。すなわち、反射膜２６には、中赤外・遠赤外吸収材３４が含まれるため、反射膜２６は、中赤外・遠赤外吸収材３４を含まない塗膜８２に比べて、中赤外及び遠赤外領域の光の反射率が低くなっている。

反射膜２６の分光放射率を示す図３（ｂ）からも明らかなように、反射膜２６は、波長２５００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の放射率が高く、塗膜８２に比べて、熱放射が高められており、筐体から出る熱量は多いと考えられる。また、反射膜２６は、波長２５００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の反射率が低いものの、これに伴う筐体へ入る熱量の増加は限定的であり、特に太陽光による温度上昇を考える場合には、筐体へ入る熱量の増加は、ほとんど無いと考えられる。なぜなら、太陽光は、大気を通過して地表に到達するまでの間に、２３００ｎｍを越える波長の成分を、ほとんど失ってしまうからである。

このように、反射膜２６は、筐体へ入る熱量を低く維持しつつ熱放射を高めることに成功しており、平衡温度を低下させることが可能である。したがって、反射膜２６が、中・遠赤外光に対して、可視光の半分以下の平均反射率を有することにより、このような反射膜２６が形成された外装部材２０（図２参照）を有するレンズ鏡筒１０は、太陽光の照射熱による温度上昇を好適に防止することができる。特に、反射膜２６が、中赤外・遠赤外吸収材３４を含むため、中・遠赤外領域の放射率が高く、良好な熱放射性を有する。したがって、日射による温度上昇防止の性能が、環境温度（外気温）が高い場合であっても性能低下を起こすことはない。

第２実施形態
図４は、第２実施形態に係るレンズフード４０を表す概略斜視図である。レンズフード４０は、図１に示すレンズ鏡筒１０の被写体側端部に取り付けて使用され、レンズ鏡筒１０の光通過領域１５に不要な光が入射することを防止する。レンズフード４０は、光通過領域４５の外側に設けられた筐体４２を有しており、筐体４２は、第１実施形態に係る筐体１２（図２参照）と同様の構造を有する。

このように、図２に示すような反射膜２６が設けられる外装部材２０としては、レンズ鏡筒１０の筐体１２に含まれるものに限定されず、図４に示すようなレンズフード４０の筐体４２に含まれる外装部材であっても良い。第２実施形態に係るレンズフード４０の筐体４２も、第１実施形態に係るレンズ鏡筒１０の筐体１２と同様の効果を奏する。

第３実施形態
図５は、第３実施形態に係るカメラ本体５０の正面方向からの斜視図であり、図６は、カメラ本体５０の背面方向からの斜視図である。カメラ本体５０は、図１に示すレンズ鏡筒１０の撮像面側の端部を接続するためのレンズマウント５７を有しており、レンズ鏡筒１０と組み合わせて使用される。カメラ本体５０の内部には、レンズマウント５７の開口部（図５参照）から、ファインダ接眼部６９（図６参照）まで続く光通過領域５５が形成されている。

カメラ本体５０は、光通過領域５５の外側に配置される筐体５２を有している。筐体５２は、図５及び図６において網掛けで示されている筐体上面５２ａの部分にのみ、図２に示すような反射膜２６を有している。筐体上面５２ａは、その他の部分に比べて太陽光を照射されやすく、また、レリーズスイッチ５９（図５参照）やファインダ接眼部６９（図６参照）の周辺に配置されているため、カメラ本体５０の操作者が直接触れやすい部分でもある。

このようなカメラ本体５０は、第１実施形態に係るレンズ鏡筒１０と同様に、太陽光の照射熱による温度上昇を好適に防止することができる。また、カメラ本体５０は、操作者が直接触れやすい筐体上面５２ａに配置された反射膜２６を有するため、筐体上面５２ａの温度上昇を効果的に抑制することができ、操作者は、カメラ本体５０を快適に操作することができる。なお、カメラ本体５０の筐体５２では、比較的太陽光が照射されにくい背面部５２ｂ（表示パネル６７の周辺に配置されている）や底面部５２ｃ等については、反射膜２６よりさらに熱放射を高めた塗膜（例えば濃色系の塗膜）を配置することも可能である。

１０…レンズ鏡筒
１２，４２，５２…筐体
１３…光学レンズ群
１５，４５，５５…光通過領域
１６…ズーム環
１７…フォーカス環
２０…外装部材
２６…反射膜
３４…中赤外・遠赤外吸収材
４０…レンズフード
５２ａ…筐体上面

Claims

光通過領域の外側に設けられた外装部材と、
前記外装部材の光通過領域側と反対側の面の少なくとも一部に設けられ、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光の平均反射率が４０％以上であり、かつ、波長２５００ｎｍ以上４０００ｎｍ未満の光の平均反射率が２０％以下である反射膜と
を有することを特徴とする光学装置。
請求項１に記載された光学装置であって、
前記反射膜は、セラミック粉を含むことを特徴とする光学装置。
請求項２に記載された光学装置であって、
前記セラミック粉は、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含むことを特徴とする光学装置。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された光学装置であって、
前記外装部材の前記反射膜が設けられる部分は、樹脂、金属、カーボン・樹脂複合材料から選択された少なくとも１つからなることを特徴とする光学装置。