JP2017156596A - レンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動等の外力に対する耐性を向上させて長時間使用してもピントズレが起きにくいレンズ装置を提供する。【解決手段】レンズ装置１が、レンズＧ１を有するレンズ枠１２と、光軸Ｚと垂直な基準面１３Ａでレンズ枠１２と当接して、レンズ枠１２の外周でレンズ枠１２を固着保持する保持枠１３とを備え、レンズ枠１２の重心Ｗが光軸方向に基準面１３Ａの位置ｚｂとレンズ枠１２の固着位置ｚａとの間に位置する。【選択図】図１

Description

本発明はレンズ装置に係り、特にレンズ枠の位置調整及び接着のための構造に関する。

従来、様々な種類のカメラに用いられるレンズ装置として、レンズ枠を、レンズ枠を保持する保持枠に設けられた光軸に垂直な面に当接させた状態で、レンズ枠と保持枠とを接着剤で固着して製造されたレンズ装置が用いられている。特許文献１は、第１レンズ群を保持する第１保持枠を、第２レンズ群を保持する第２保持枠に同軸に嵌合して第１保持枠を第２保持枠の光軸に垂直な面に当接させた状態で、第１保持枠及び第２保持枠を互いに接着剤で固着したレンズ装置を開示している。

特開平０８−３２７８７０号公報

ここで、ＭＶ／ＦＡ（Machine Vision / Factory Automation）カメラである産業用のカメラにも、光軸に垂直な面に当接して位置調整されたレンズ枠をレンズ装置本体等に接着剤で固定したレンズ装置が搭載される場合がある。

しかしながら、産業用のカメラは、撮影対象を正確に読み取れないエラーを起こしてしまうと、工場の生産効率を大幅にダウンさせてしまうことから、長時間使用してもピントズレを起こさないことが望ましい。また、産業用カメラに搭載されるレンズ装置は、機械アームの先に取り付けられて使用される場合も多く、振動や揺れが生じやすい環境で用いられながらも、ピントズレを抑制することが求められる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、レンズ装置に対して振動等の外力に対する耐性を向上させることで長時間使用してもピントズレが起きにくいレンズ装置を提供することを提案する。

本発明に係るレンズ装置は、レンズを有するレンズ枠と、光軸と垂直な基準面でレンズ枠と当接して、レンズ枠の外周でレンズ枠を固着保持する保持枠とを備え、レンズ枠の重心が、光軸方向に基準面の位置とレンズ枠の固着位置との間に位置することを特徴とする。

上記「固着保持する」とは、接着剤等によってレンズ枠と保持枠が互いに動かないように固定することを意味する。

上記「固着位置」は、接着剤によってレンズ枠と保持枠とを固着している場合には、レンズ枠と保持枠とを固着する接着剤の光軸方向の代表的な位置を意味する。固着位置として、レンズ枠と保持枠とを固着する接着剤のうち、基準面から最も遠い位置を用いる。また、レンズ枠と保持枠とが複数箇所で接着剤で固着されている場合には、例えば、各接着剤の固着位置のうち、基準面から光軸方向に最も遠い固着位置をレンズ枠の固着位置として用いることができる。

「レンズ枠の重心が光軸方向に基準面の位置とレンズ枠の固着位置との間に位置する」とは、光軸方向において、レンズ枠の重心位置が基準面の位置からレンズ枠の固着位置までの間に位置することを意味し、レンズ枠の重心位置が光軸方向にレンズ枠の固着位置と同じ位置に位置する場合及びレンズ枠の重心位置が光軸方向に基準面の位置と同じ位置に位置する場合も含む。

なお、「レンズ枠の重心位置が光軸方向に基準面の位置と同じ位置に位置する」とは、重心位置と基準面の位置が実質的に同じ位置に位置することを意味する。ここで、重心位置と基準面の位置との間の光軸方向の距離が、固着位置と基準面の位置との間の光軸方向の距離の１０パーセント以下であれば、実質的に同じ位置に位置するとみなす。

また、「レンズ枠の重心位置が光軸方向に固着位置と同じ位置に位置する」とは、重心位置と固着位置が実質的に同じ位置に位置することを意味する。ここで、重心位置と固着位置との間の光軸方向の距離が、固着位置と基準面の位置との間の光軸方向の距離の１０パーセント以下であれば、実質的に同じ位置に位置するとみなす。

また、本発明に係るレンズ装置において、レンズ枠の重心が、光軸方向に固着位置よりも基準面の位置に近い位置に位置してもよい。

また、本発明に係るレンズ装置において、レンズ枠の重心位置が、光軸方向に基準面の位置と同じ位置に位置してもよい。

また、本発明に係るレンズ装置において、レンズ枠は、レンズ枠の本体に脱着可能な重心位置調節部材を有することが好ましい。

本発明によれば、レンズを有するレンズ枠と、光軸と垂直な基準面でレンズ枠と当接して、レンズ枠の外周でレンズ枠を固着保持する保持枠とを備え、レンズ枠の重心が、光軸方向に基準面の位置とレンズ枠の固着位置との間に位置するため、振動等の外力に対する耐性を向上させて長時間使用してもピントズレが起きにくいレンズ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るレンズ装置の断面図である。 図１の保持枠の斜視図である。 本発明の他の一実施形態に係るレンズ装置の断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るレンズ装置１の光軸Ｚを含む面で切断した断面図である。以下、本発明に係る一実施形態として、いわゆるＭＶ／ＦＡ（Machine Vision / Factory Automation）カメラである産業用のカメラのレンズ装置１に本発明を適用した例について説明する。なお、図１中、上側が物体側であり、下側が像側である。また、各図において対応する要素には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

レンズ装置１は不図示の下端部で、不図示のマウント部材を介して、不図示のカメラ本体に装着される。カメラ本体内で、レンズ装置１に収容される光学系の結像面に不図示のＣＣＤ（Charge Coupled Device）或いはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子が配置される。

図１に示すように、レンズ装置１は、第１レンズ群Ｇ１を有する第１レンズ枠１２と、第１レンズ枠１２の外周を保持する保持枠１３と、保持枠１３の外周を保持する鏡胴本体１１と、鏡胴本体１１に挿入された筒状部材であって、保持枠１３と像側で当接する内筒部１４と、を備えている。また、レンズ装置１は、像側に、不図示の第２レンズ群と、第２レンズ群の外周を保持する第２レンズ枠とを備えており、鏡胴本体１１は、位置調整された第１レンズ枠１２と不図示の第２レンズ枠を支持する筒状部材である。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５との５枚のレンズから構成されるレンズ群である。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とはスペーサＳ２で所望の間隔に離間されており、第１レンズＬ１の物体側にはレンズ押さえ部材Ｓ１が嵌め込まれている。なお、ここでは、第１レンズ枠１２が本発明のレンズ枠に相当する。

図２は、保持枠１３の斜視図である。保持枠１３は、円筒形状であり、光軸Ｚに垂直な基準面１３Ａを内周に備える。また、保持枠１３は、第１レンズ枠１２を基準面１３Ａに当接した状態で第１レンズ枠１２の外周面１２Ａを取り囲む筒部１３Ｂを有する。図１及び２に示すように、筒部１３Ｂは基準面１３Ａの半径方向外周縁から光軸Ｚに平行に物体側に延びる筒状部分である。

筒部１３Ｂには、接着剤充填用の開口として設けられた開口Ｑが周方向に１２０度間隔で設けられている。また、筒部１３Ｂには、第１レンズ枠１２に当接する位置調節部材が挿入されて第１レンズ枠１２の外周面１２Ａに外力が付与される外力付与用の開口Ｐが、周方向に１２０度間隔で設けられている。なお、外力付与用の開口Ｐと接着材充填用の開口Ｑとは、周方向に交互に設けられている。

また、保持枠１３の外周には、鏡胴本体１１に固定用のネジ穴１３Ｅが１２０度間隔で設けられている。第１レンズ枠１２を保持する保持枠１３は、鏡胴本体１１にネジ（不図示）で１２０度間隔で固定されて支持されている。

なお、筒部１３Ｂにより取り囲まれる領域は、第１レンズ枠１２の一部が収容される領域であり、この筒部１３Ｂの内径は第１レンズ枠１２の外径よりも大きく形成されている。このため、第１レンズ枠１２の外周面１２Ａと筒部１３Ｂとの間には隙間が設けられている。従って、第１レンズ枠１２は基準面１３Ａに当接した状態で、光軸Ｚと垂直な方向に移動可能である。

図１に示すように、第１レンズ枠１２は、光軸Ｚに垂直な当接面１２Ｂを備え、当接面１２Ｂで保持枠１３の基準面１３Ａと当接する。また、外力付与用の開口Ｐから位置調節部材を挿入して、当接面１２Ｂを基準面１３Ａに押し付けて、第１レンズ枠１２を光軸と垂直方向に移動させて位置調整を行った状態で、接着剤充填用の開口Ｑから第１レンズ枠１２の外周面１２Ａに設けられた接着溝１２Ｄと保持枠１３との間に接着剤Ｃが充填されて硬化される。

ここでは、接着口として設けられた開口Ｑから、紫外線硬化樹脂である接着剤Ｃが第１レンズ枠１２の接着溝１２Ｄと保持枠１３との間に周方向に１２０度間隔で充填され、紫外光照射により硬化した接着剤Ｃが３箇所に設けられている。なお、接着剤Ｃは、第１レンズ枠１２と保持枠１３とを固着可能な範囲で、任意の位置に任意の個数設けてよい。

また、図１の例では、第１レンズ枠１２には周方向にわたって接着溝１２Ｄが設けられている。接着剤Ｃの一部が接着溝１２Ｄにも充填されることにより、第１レンズ枠１２と保持枠１３とをしっかり固着できる接着剤量が確保される。なお、接着溝１２Ｄは必須の構成ではなく、接着剤Ｃが充填される第１レンズ枠１２の外周面と保持枠１３の内周面の形状は、第１レンズ枠１２と保持枠１３とを固着可能な任意の形状としてよい。

第１レンズ枠１２の重心位置ｚｗは、光軸方向に基準面１３Ａの基準位置ｚｂと第１レンズ枠１２の固着位置ｚａとの間に位置する。

以下、第１レンズ枠１２と保持枠１３とを固着する接着剤Ｃの光軸方向に基準面１３Ａから最も遠い位置を固着位置ｚａと記載し、光軸と垂直な基準面１３Ａの光軸上の位置を基準位置ｚｂと記載する。ここでは、第１レンズ枠１２の固着位置ｚａとして、充填された３箇所の接着剤Ｃの固着位置のうち、基準面１３Ａから光軸方向に最も遠い位置を用いている。

なお、レンズ枠と保持枠とを固着する複数箇所の接着剤がある場合には、各接着剤の光軸方向に基準面から最も遠い位置（各接着剤の固着位置）のうち、所望の接着剤の固着位置をレンズ枠の固着位置として用いてよい。また、複数の接着剤の固着位置を用いて、レンズ枠の固着位置を求めてもよい。例えば、基準面から各接着剤の固着位置までの距離の平均の距離を求め、基準面から平均の距離となる位置をレンズ枠の固着位置として用いてもよい。

ここで、レンズ装置１に外力が加わった場合には、第１レンズ枠１２の重心Ｗを中心として第１レンズ枠１２を基準面１３Ａ及び固着位置ｚａから離す向きのモーメントが作用する。特に、産業用のカメラは、振動や揺れが生じやすい環境に設置されて、このようなモーメントによる負荷を特に受けやすい傾向がある。本発明は、第１レンズ枠１２の重心Ｗと基準面１３Ａ及び固着位置ｚａとの距離が近いほど、第１レンズ枠１２を基準面１３Ａから離す力を抑えることができることに注目し、第１レンズ枠１２の重心位置ｚｗを、光軸方向に基準面１３Ａの位置と第１レンズ枠１２の固着位置ｚａとの間に位置させている。

すなわち、第１レンズ枠１２の重心Ｗを、固着位置ｚａと基準位置ｚｂのどちらにも近い、固着位置ｚａと基準位置ｚｂと間に位置させることにより、第１レンズ枠１２を基準面１３Ａおよび固着位置ｚａから離す向きのモーメントを抑制することができる。この結果、第１レンズ枠１２と基準面１３Ａに当接させた状態を好適に維持しつつ、第１レンズ枠１２と保持枠１３とを固着する接着剤Ｃにかかる負荷を抑えることができるため、外力に対する耐性を向上し、長時間使用してもピントズレが起きにくいレンズ装置１を実現することができる。

上記効果を奏するために、第１レンズ枠１２の光軸方向の重心位置ｚｗは、固着位置ｚａと基準位置ｚｂと間に位置する範囲で所望の位置に位置させてよい。例えば、第１レンズ枠１２の重心位置ｚｗは、光軸方向に固着位置ｚａよりも基準位置ｚｂに近い位置に位置することが好ましい。この場合には、第１レンズ枠１２を基準面１３Ａに当接させた状態を維持して、第１レンズ枠１２の軸倒れを抑える効果を優先して、好適にピントズレの問題を抑制することができる。軸倒れを抑える効果をより高めるために、第１レンズ枠１２の重心位置ｚｗを、光軸方向に基準位置ｚｂと同じ位置に位置させることが好ましい。

なお、固着対象のレンズ枠（ここでは第１レンズ枠１２）の重心位置ｚｗが光軸方向に基準位置ｚｂと同じ位置に位置するとは、重心位置ｚｗと基準位置ｚｂが実質的に同じ位置に位置することを意味する。ここで、重心位置ｚｗと基準位置ｚｂとの間の光軸方向の距離が、固着位置ｚａと基準位置ｚｂとの間の光軸方向の距離の１０パーセント以下であれば、実質的に同じ位置に位置するとみなす。重心位置ｚｗと基準位置ｚｂとを実質的に同じ位置に位置させるためには、好ましくは、重心位置ｚｗと基準位置ｚｂとの光軸方向の距離は、固着位置ｚａと基準位置ｚｂとの間の光軸方向の距離の５パーセント以下であることが望ましい。

また、第１レンズ枠１２の重心位置ｚｗは、光軸方向に固着位置ｚａと同じ位置に位置してもよい。この場合には、接着剤Ｃの負荷低減の効果を優先して、レンズ装置１の耐久性を向上することができる。

また、固着対象のレンズ枠（ここでは第１レンズ枠１２）の重心位置ｚｗが光軸方向に固着位置ｚａと同じ位置に位置するとは、重心位置ｚｗと固着位置ｚａが実質的に同じ位置に位置することを意味する。ここで、重心位置ｚｗと固着位置ｚａとの間の光軸方向の距離が、固着位置ｚａと基準位置ｚｂとの間の光軸方向の距離の１０パーセント以下であれば、実質的に同じ位置に位置するとみなす。重心位置ｚｗと固着位置ｚａとを実質的に同じ位置に位置させるためには、好ましくは、重心位置ｚｗと固着位置ｚａとの光軸方向の距離は、固着位置ｚａと基準位置ｚｂとの間の光軸方向の距離の５パーセント以下であることが望ましい。

図３に、本発明の他の一実施形態に係るレンズ装置１の断面図を示す。図３に示すように、第１レンズ枠１２は、第１レンズ枠１２の本体に脱着可能な重心位置調節部材１２Ｃを有する構成としてもよい。図３の例では第１レンズ枠１２の物体側にネジ山が設けられて、重心位置調節部材１２Ｃを螺合させることで、第１レンズ枠１２に重心位置調節部材１２Ｃを脱着可能としている。

また、第１レンズ枠１２が重心位置調節部材１２Ｃを備える場合に、適切に質量を増減して第１レンズ枠１２の重心位置ｚｗを調整可能とすることが好ましい。このために、例えば、取り付け形状を共通とした質量の異なる重心位置調節部材を複数用意して、第１レンズ枠１２に適切な重心位置調節部材を選択して取り付ける構成とすることができる。

また、図３に破線で示すように、第１レンズ枠１２は、重心位置調節部材１２Ｃに取り付け可能なさらなる重心位置調節部材１２Ｃ１を備えるなど、複数の重心位置調節部材を組み合わせて取り付けることができる構成としてもよい。これらの場合には、装置構成などの要求に応じて所望の位置に段階的に重心位置をシフトさせて、好適にピントズレ抑制及び耐久性向上の効果を得ることができる。さらなる重心位置調節部材１２Ｃ１は、１つでも複数でもよい。また重心位置調節部材１２Ｃおよび１つ以上のさらなる重心位置調節部材１２Ｃ１は、任意の組み合わせで互いを固定できる任意の取り付け構造が採用されてよい。上記重心位置調節部材１２Ｃは、フィルターなど他の機能を兼ね備えた部材であってもよい。

上記例に限定されず、レンズ装置１に備えられるどのレンズ枠とそのレンズ枠の保持枠との組み合わせに、本発明に係るレンズ枠とレンズ枠を保持する保持枠の構成を適用可能である。

本発明に係るレンズ装置は、上記実施形態に限定されず、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、放送用カメラ、携帯電話用カメラ、タブレット端末用カメラ、車載カメラなど種々の任意のカメラ装置に適用可能である。また、レンズ装置に取り付けられる光学系は、変倍光学系であってもよく、固定焦点光学系であってもよく、任意の群構成としてよい。また、光学系を構成する各レンズ群を１枚以上の任意の枚数で構成してよく、各レンズに任意の材質、形状を採用可能である。

以上、本発明のレンズ装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよい。

１ レンズ装置
１１ 鏡胴本体
１２ 第１レンズ枠
１２Ａ 外周面
１２Ｂ 当接面
１２Ｃ、１２Ｃ１ 重心位置調節部材
１２Ｄ 接着溝
１３ 保持枠
１３Ａ 基準面
１３Ｂ 筒部
１３Ｅ ネジ穴
１４ 内筒部
ｚａ 固着位置
ｚｂ 基準位置（基準面の位置）
ｚｗ 重心位置
Ｃ 接着剤
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｐ、Ｑ 開口
Ｓ１ レンズ押さえ部材
Ｓ２ スペーサ
Ｗ 重心
Ｚ 光軸

Claims (4)

1. レンズを有するレンズ枠と、
   光軸と垂直な基準面で前記レンズ枠と当接して、前記レンズ枠の外周で前記レンズ枠を固着保持する保持枠とを備え、
   前記レンズ枠の重心が、光軸方向に前記基準面の位置と前記レンズ枠の固着位置との間に位置することを特徴とするレンズ装置。
2. 前記レンズ枠の重心が、光軸方向に前記固着位置よりも前記基準面の位置に近い位置に位置する請求項１記載のレンズ装置。
3. 前記レンズ枠の重心位置が、光軸方向に前記基準面の位置と同じ位置に位置する請求項２記載のレンズ装置。
4. 前記レンズ枠は、該レンズ枠の本体に脱着可能な重心位置調節部材を有する請求項１から３のいずれか１項記載のレンズ装置。