JP2021071650A - レンズ装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性、簡単な構造、および光学性能の安定性の点で有利なレンズ装置を提供すること。【解決手段】レンズ装置１は、第１ヘリコイドネジを内面に有する第１筒部材４と、第１ヘリコイドネジとは螺合する第２ヘリコイドネジを外面に有し、第１筒部材の軸の方向に沿って移動可能な第２筒部材３と、第１筒部材の径の方向において第１ヘリコイドに対して第２ヘリコイドを付勢する付勢部材７と、第２ヘリコイドネジの径よりも小さい径の外面を備える第３筒部材８と、を有する。付勢部材は、第２筒部材の内側で第２筒部材に保持され、第３筒部材の外面に接触している。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ装置および撮像装置に関するものである。

合焦または変倍等のために操作環（操作部材）を回転操作することにより、ヘリコイド結合された一対の筒部材のうちの一方とそれに搭載された光学素子とを光軸に沿って移動させるレンズ装置が知られている。ヘリコイド機構は、レンズ装置におけるレンズ群の駆動機構として広く用いられている。ヘリコイド機構の円滑な作動には、ヘリコイド結合された一対の部材の間に軸方向および径方向において微小なガタ（隙間）が必要である。ところが、この微小なガタによりレンズ群の姿勢が変化すると光学性能の変化が生じうる。そのため、当該変化を低減するべく、当該一対の部材の間における径方向のガタを弾性部材による付勢力で低減する構造が提案されている。

特許文献１は、オスヘリコイドのネジ山に弾性部材で金属球を押し付ける構造を開示している。また、特許文献２は、オスヘリコイドには被押圧部が設けられ、メスヘリコイドには押圧部が設けられ、被押圧部が押圧部により押圧されるレンズ装置を開示している。さらに、特許文献３は、光軸に沿って移動するオスヘリコイドの回転を制限する直進案内機構がオスヘリコイドの内側に設けられ、当該直進案内機構がオスヘリコイドをその内側から径方向に付勢するレンズ鏡筒を開示している。

特開２００９−８０４３７号公報 特開２０１９−３０１２号公報 実開平６−８７９１３号公報

特許文献１におけるようにヘリコイドのネジ部を直接付勢する構造は、ヘリコイドネジ部の局所的な摩耗や、被付勢箇所でグリス等の潤滑剤が掻き出される現象が生じうるため、耐久性の点で不利であった。また、光学素子が保持されたオスヘリコイドに特許文献２に係る構造が適用された場合、オスヘリコイドの光軸に沿った移動に伴い、オスヘリコイドの重心位置に対して付勢位置が相対的に変化する。そのため、オスヘリコイドに作用する力の釣り合い状態の変化によって光学素子の倒れ等の姿勢変化が生じやすい。また、特許文献３に係るレンズ鏡筒は、特許文献２に係る構造とは同様に、力の釣り合い状態の変化によって光学素子の倒れ等の姿勢変化が生じやすい。また、幅を持った付勢部材をオスヘリコイドに接触させる構造であるため、付勢部材のエッジ部の片当りにより付勢状態が不安定となりうる。

本発明は、例えば、耐久性、簡単な構造、および光学性能の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの側面は、第１ヘリコイドネジを内面に有する第１筒部材と、
前記第１ヘリコイドネジとは螺合する第２ヘリコイドネジを外面に有し、前記第１筒部材の軸の方向に沿って移動可能な第２筒部材と、
前記第１筒部材の径の方向において前記第１ヘリコイドに対して前記第２ヘリコイドを付勢する付勢部材と、
前記第２ヘリコイドネジの径よりも小さい径の外面を備える第３筒部材と、を有し、
前記付勢部材は、前記第２筒部材の内側で前記第２筒部材に保持され、前記第３筒部材の前記外面に接触していることを特徴とするレンズ装置である。

本発明によれば、例えば、耐久性、簡単な構造、および光学性能の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することができる。

実施形態１に係るレンズ装置の構成例を示す図 図１に示されるＡ−Ａ断面におけるレンズ装置の構成例の縦断面を示す図 板バネの構成例を示す図 実施形態２に係るレンズ装置の構成例を示す図 撮像装置の構成例を示す図

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態を説明するための全図を通して、原則として（断りのない限り）、同一の部材等には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係るレンズ装置の構成例を示す図である。同図において、左側が物体側、右側が像側である。また、図２は、図１に示されるＡ−Ａ断面におけるレンズ装置の構成例の縦断面を示す図である。固定筒９は、レンズ装置１が装着される不図示の撮像装置との連結部に固定されている。レンズ装置１は、焦点調節のために可動の光学素子２を含み、光学素子２を図中の左右方向に相当する光軸Ｘの方向（固定筒９の軸の方向）に沿って移動することにより、レンズ装置１の焦点位置（被写体距離）を連続的に変更することができる。光学素子２は、移動可能な移動筒３（第２筒部材）に保持され、移動筒３の外面にはヘリコイドネジ３ａが形成されている。ビスで固定筒９に連結固定されている固定筒４（第１固定筒；第１筒部材）は、内面の一部にヘリコイドネジ４ａが形成され、移動筒３と固定筒４とは、ヘリコイドネジ３ａとヘリコイドネジ４ａとが互いに螺合している。ヘリコイドネジ３ａとヘリコイドネジ４ａとの螺合部には、各筒の径方向および軸方向において微小なガタが設けられ、円滑な摺動が可能な状態となっている。操作部材としてのフォーカス操作環５は、その内面が固定筒９の外面とは係合し、その外面５ａには被写体距離を示すフォーカス指標が刻印されている。固定筒９とフォーカス操作環５との間の係合部は、フォーカス操作環５が円滑に回動可能に構成されている。フォーカス操作環５は、固定筒４の摺動面４ｂと固定筒９の摺動面９ａとの間に挟まれることで光軸方向の移動が規制されている。移動筒３の外周部には、連結ピン６が固定されている。連結ピン６は、固定筒４に形成された貫通穴４ｃを通して、フォーカス操作環５に形成された光軸Ｘとは平行なガイド溝５ｂに係合している。以上の構成により、フォーカス操作環５を光軸Ｘの周りに回転すると、連結ピン６を介して移動筒３が回転し、ヘリコイドネジのリードに従って移動筒３が光軸Ｘに沿って移動することとなる。

移動筒３のヘリコイドネジ３ａの内側において、板バネ７（板状の弾性部材）がビスで移動筒３に固定されている。ここで、図３は、板バネの構成例を示す図である。同図において、板バネ７は、光軸に沿って延びる短冊状の腕部７ａを備え、腕部（の先端）には円弧状の屈曲部７ｂ（曲面）が形成されている。一方、光学素子２の像側には光学素子１０が固定筒８（第２固定筒；第３筒部材）に保持され、固定筒８は、固定筒９に連結し固定されている。固定筒８は、移動筒３のヘリコイドネジ３ａとは光軸Ｘの方向において重なる位置に、表面を滑らかに仕上げた摺動面８ａ（円筒面状の曲面）を備え、摺動面８ａに板バネ７の屈曲部７ｂが接触している。当該接触部には、板バネ７の弾性力により、光軸Ｘに向かう方向の付勢力が作用している。ここで、円弧上の屈曲部７ｂと円筒状の摺動面８ａとは、凸面どうしで互いに接触するため、当該接触は点接触（点状の部分どうしの接触）となる。また、フォーカス操作環５の回転操作に伴い、摺動面８ａ上の接触部は、光軸Ｘを中心とした角度において変化するとともに、光軸の方向における位置において変化することとなる。当該接触部における円滑な摺動を実現するため、摺動面８ａには潤滑剤が塗布されている。

本実施形態において、板バネ７は、周方向における異なる２箇所（一般的には複数個所としうる）において移動筒３に配されている。図２において矢印で示すように、いずれの板バネ７においても、発生している付勢力の方向は光軸Ｘへ向かう方向である。図２の（ａ）と図２の（ｂ）とは、それぞれフォーカス操作環５の回転操作によって生じる両端の状態を示し、図２の（ａ）の状態からフォーカス操作環５を時計回りに回転して図２の（ｂ）の状態となるまでがフォーカス操作環５の操作範囲である。すなわち、焦点調節の操作範囲全体において、板バネ７は、水平（仰角０度）に配された光軸Ｘよりも常に下に位置する配置となっている。

本実施形態に係るレンズ装置１で得られる効果について以下に説明する。図２に示すように、移動筒３に固定されている板バネ７と固定筒８の摺動面８ａとの間の接触部には、板バネ７から接触部に光軸Ｘへ向かう付勢力が作用している。固定筒８は移動しないため、移動筒３には、その反作用として付勢力とは向きが反対で大きさの等しい力が作用する。図２の（ａ）においては、２つの板バネ７による付勢力は、２方向の力の合力として図中Ｂ方向の力となる。したがって、移動筒３は、その反作用力として図中Ｃ方向の力を受ける。その結果、ヘリコイドネジ３ａおよび４ａで微小な径方向のガタを持って固定筒４と螺合する移動筒３は、上記の反作用力によって図中Ｃ方向へ付勢されてガタが低減された状態となる。このガタの低減によって、移動筒３が保持する光学素子２の姿勢変化が低減されるため、光学性能の変化を低減することができる。

ここで、本実施形態では、付勢部材としての板バネ７の接触部がヘリコイドネジ３ａおよび４ａ以外の部位であるため、ヘリコイドネジ部３ａおよび４ａの局所的な摩耗やグリス等の潤滑剤の減少は発生しない。よって、耐久性の点で有利となる。また、移動筒３に板バネ７が固定されているため、移動筒３と光学素子２とを含む移動部の重心位置に対する付勢位置が変化しない。よって、焦点調節操作により光軸方の向において移動筒３が移動しても、移動部に作用する力の釣り合い状態が変化しないため、光学素子２の姿勢の安定性、すなわち光学性能の安定性の点で有利となる。さらに、板バネ７は、短冊状の腕部７ａの幅（短手）方向の中心付近において摺動面８ａとは点接触する構造であることから、エッジ部が摺動面８ａに片当りすることなく、部品組み付け状態のバラツキの影響を受けにくい。本実施形態に係る付勢構造は、移動筒３の光軸周りの回転および光軸に沿った移動において往復の方向差の影響を受け難いため、付勢状態の安定性の点で有利となる。

なお、本実施形態においては、板バネ７と摺動面８ａとの間における接触部の位置は、光軸の方向において、移動筒３のヘリコイドネジ３ａの位置する範囲とは重なっている（該範囲の中心付近の位置となるのが好ましい）。ヘリコイドネジ３ａから過度に離れた位置となっている場合に比べ、移動筒３の倒れの小ささの点で有利となる。移動筒３の倒れが過度に大きい姿勢で径方向においてガタが低減された場合、ヘリコイドネジ３ａの物体側または像側のいずれかの端付近で摩耗が顕著となる。よって、本実施形態によれば、耐久性の点で有利となる。

また、本実施形態では、板バネ７を２箇所に配置して異なる２方向へ付勢力を作用させることにより、ガタ寄せ（ガタ低減）の指向性が高められている。さらに、焦点調節操作範囲の全体において、水平（仰角０度）に配された光軸Ｘよりも常に下に板バネ７が位置することから、移動筒３に作用する付勢力は、重力に反することなく、常に水平方向よりも下方へ向いている。すなわち、板バネ７による付勢は、重力による付勢と重畳して働く。よって、移動筒の姿勢の安定性の点で有利となる。

なお、本実施形態では、ヘリコイドネジを内面に有する部材を固定筒、外面に有する部材を移動筒としたが、それには限定されず、例えば、前者を、回転操作可能な筒部材、後者を、光軸周りの回転を規制された移動筒としてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、耐久性、簡単な構造、および光学性能の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することができる。

〔実施形態２〕
図４は、実施形態２に係るレンズ装置の構成例を示す図である。以下、実施形態１とは構成が異なる点について説明する。本実施形態に係るレンズ装置１１は、焦点調節のための光学素子２１および光学素子２２を含み、光学素子２１および光学素子２２を、予め定められた相互間隔を有するようにしながら光軸Ｘの方向において移動することにより、レンズ装置１１の焦点位置を連続的に変更する。

光学素子２１は、移動筒１３に保持されて、移動筒１３の外面には、ヘリコイドネジ１３ａが形成されている。ビスで固定筒９に連結し固定された固定筒１４は、内面の一部にヘリコイドネジ１４ａが形成され、移動筒１３と固定筒１４とは、ヘリコイドネジ１３ａおよび１４ａが互いに螺合している。移動筒１３の外周部には連結ピン６が固定されている。連結ピン６は、固定筒１４に形成された貫通穴１４ｃを通して、フォーカス操作環１５に形成された光軸Ｘとは平行なガイド溝１５ｂに係合している。

光学素子２２は、移動筒２３（第３筒部材）に保持されている。移動筒２３の外周部には、３つのカムフォロワ２４が周方向において等間隔で固定されている。固定筒１４およびフォーカス操作環１５には、それぞれ３本の直線ガイド溝１４ｂ、およびカム溝１５ｃが形成され、それらにはカムフォロワ２４が摺動可能に係合している。

以上の構成により、フォーカス操作環１５を光軸Ｘの周りに回転すると、連結ピン６を介して移動筒１３が回転し、ヘリコイドネジのリードに従って移動筒１３が光軸Ｘに沿って移動する。また、移動筒２３は、カムフォロワ２４と直線ガイド溝１４ｂとの係合により光軸Ｘの周りの回転が規制されつつ、カムフォロワ２４とカム溝１５ｃとの係合により光軸Ｘに沿って移動する。

ヘリコイドネジ１３ａの内側において、移動筒１３には不貫通の凹部１３ｂが形成されている。凹部１３ｂには、球状部材２６および球状部材２６を付勢するコイルバネ２５（弾性部材；付勢部）が配され、球状部材２６は、移動筒２３の外面における摺動面２３ａに接触している。摺動面２３ａは、ヘリコイドネジ部１３ａとは光軸Ｘの方向において重なっていて、また、表面が滑らかに仕上げられている。コイルバネ２５の弾性力により、球状部材２６と摺動面２３ａとの間の接触部には、光軸Ｘに向かう方向に付勢力が作用している。当該接触部における円滑な摺動のため、摺動面２３ａには潤滑剤が塗布されている。なお、本実施形態において、球状部材２６およびコイルバネ２５を含んで構成しうる移動筒１３に対する付勢構造（付勢部材）は、周方向における異なる２箇所（一般的には複数個所としうる）において移動筒３に配されていてもよい。

本実施形態に係るレンズ装置１１で得られる効果について以下に説明する。実施形態１とは同様に、移動筒１３には、コイルバネ２５による付勢力とは向きが反対で大きさの等しい反作用力が作用する。その結果、固定筒１４のヘリコイドネジに微小な径方向のガタをもって螺合するヘリコイドネジを有する移動筒１３は、当該反作用力によってガタ寄せされた状態となる。当該ガタ寄せによって、移動筒１３が保持する光学素子２１の姿勢変化が低減されるため、光学性能の安定性の点で有利となる。

また、本実施形態では、コイルバネ２５によって付勢される球状部材２６の接触部がヘリコイドネジ１３ａおよび１４ａ以外の部位であるため、ヘリコイドネジ１３ａおよび１４ａの局所的な摩耗やグリス等の潤滑剤の減少は生じ難くなる。よって、耐久性の点で有利となる。また、移動筒１３にコイルバネ２５および球状部材２６が配されているため、移動筒１３と光学素子２１とを含む移動部の重心位置から付勢位置までの光軸Ｘの方向における距離が一定となる。よって、焦点調節操作による光軸に沿った移動部の移動に伴って、移動部に作用する力の釣り合い状態が変化しないため、光学素子２１の姿勢の安定性の点で有利となる。さらに、球状部材２６（接触部は球面状の曲面）と摺動面２３ａ（接触部は円筒面状の曲面）とは点で接触する（接触部が点状である）。このことから、部品組み付け状態のバラツキの影響を受けにくく、光軸Ｘの周りの回転および光軸Ｘに沿った移動に対しても移動筒１３の姿勢の安定性、よって光学性能の安定性の点で有利となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、耐久性、簡単な構造、および光学性能の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することができる。

〔撮像装置に係る実施形態〕
図５は、撮像装置の構成例を示す図である。当該撮像装置は、レンズ装置１００（以上に例示したレンズ装置１または１１を含む）と、当該レンズ装置における光学部材１５０を操作するための信号を生成して当該レンズ装置に送信する操作装置２００とを含んで構成されうる。また、当該撮像装置は、レンズ装置１００により形成された像の光を受ける（受光する）撮像素子４００ａを有するカメラ装置（撮像部）４００を含んで構成されうる。本実施形態に係る撮像装置によれば、例えば、耐久性、簡単な構造、および光学性能の安定性の点で有利な撮像装置を提供することができる。ここで、レンズ装置１００またはレンズ装置１００における光学部材１５０と、操作装置２００とは、光学装置を構成しうる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ レンズ装置
３ 移動筒（第２筒部材）
４ 第１固定筒（第１筒部材）
７ 板バネ（付勢部材）
８ 第２固定筒（第３筒部材）

Claims (11)

1. 第１ヘリコイドネジを内面に有する第１筒部材と、
   前記第１ヘリコイドネジとは螺合する第２ヘリコイドネジを外面に有し、前記第１筒部材の軸の方向に沿って移動可能な第２筒部材と、
   前記第１筒部材の径の方向において前記第１ヘリコイドに対して前記第２ヘリコイドを付勢する付勢部材と、
   前記第２ヘリコイドネジの径よりも小さい径の外面を備える第３筒部材と、を有し、
   前記付勢部材は、前記第２筒部材の内側で前記第２筒部材に保持され、前記第３筒部材の前記外面に接触していることを特徴とするレンズ装置。
2. 前記付勢部材は、前記第３筒部材の前記外面に対する前記付勢部材の接触部が点状をなすように、曲面を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記付勢部材が前記第３筒部材の前記外面と接触する位置は、前記軸の方向において前記第２ヘリコイドネジの位置する範囲とは重なっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記付勢部材は、板状の弾性部材を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 前記付勢部材は、前記第３筒部材の前記外面に接触する球状部材と、前記球状部材を付勢する付勢部とを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 前記付勢部材は、前記第２筒部材の周方向において異なる複数の箇所のそれぞれに配されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
7. 前記付勢部材は、前記第２筒部材が前記軸の方向に沿って移動可能な範囲において、水平に配された前記軸よりも下に位置することを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記第２筒部材は、前記軸の周りに回転することを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
9. 前記第１筒部材に形成された貫通穴を通して前記第２筒部材に連結された操作環を有することを特徴とする請求項８に記載のレンズ装置。
10. 前記第１筒部材は、前記軸の周りに回転操作可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載のレンズ装置と、
    前記レンズ装置により形成された像を受ける撮像素子と、
    を含むことを特徴とする撮像装置。

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