JP4557707B2

JP4557707B2 - レンズ装置

Info

Publication number: JP4557707B2
Application number: JP2004372556A
Authority: JP
Inventors: 雅之稲本
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006178256A

Description

本発明は、レンズを回転させることによって光軸方向に移動させるレンズ装置に関し、更に詳しくは、レンズの回転範囲を規制することにより、レンズの光軸方向の移動範囲を調整するようにしたレンズ装置に関する。

レンズ装置のフォーカス調整は、フォーカス用のレンズ群を光軸方向に移動させることによって行なわれる。フォーカスレンズ群の保持・駆動には、ヘリコイドネジやカムを使用して、フォーカスレンズ群の光軸周りでの回転運動を光軸方向の直線運動に変換する手法が多く用いられている。フォーカス用レンズ群の移動によるフォーカス可能な範囲は、そのレンズ群の性能によって予め決まっている。そのため、必要以上の移動が行なわれないように、通常のレンズ装置ではフォーカス用レンズ群の回動範囲を物理的に規制している（例えば、特許文献１参照）。

フォーカスレンズ群のフォーカス可能範囲は、個々のレンズや機構部品の製造精度、組立精度等のバラツキによってレンズ装置ごとに違っている。このバラツキが大きいと、無限遠までフォーカスが合わなかったり、至近側で必要な近さまでフォーカスが合わなかったり、必要以上に近距離までフォーカスが合ってしまう等の不都合が発生する。これらの不都合を解消するために、従来のレンズ装置は、フォーカスレンズ群の移動範囲を調整できるようにしている（例えば、特許文献１及び２参照）。

上記フォーカスレンズ群の移動範囲の調整を厳密に行なうには、至近端と無限端との両方を調整できるようにすればよい。しかし、一般的なカメラやプロジェクタ等に使用されるレンズ装置の多くは、フォーカス可能な範囲がフォーカス用レンズ群の移動量だけでほぼ決まるため、両端を独立して調整しなくても、決まった移動量を光軸方向の適切な位置に設定することで事足りる。そこで、本出願人による先行出願（特願２００４−１７５８１９号）では、フォーカスレンズ群を保持した移動筒の外周に周方向に沿って複数の凹部を形成し、移動筒を保持する保持筒からいずれか一つの凹部内に選択的にストッパーを挿入することで、移動筒の光軸方向の移動位置を２箇所から選択できるようにしている。
特開平１１−２０２１８６号公報特開平０５−２３２３６４号公報

フォーカスレンズ群の回転によってフォーカス調整を行なう場合、フォーカスレンズ群の回転量と光軸方向での移動量とのバランスが適切でないと、ピント移動が敏感になりすぎてフォーカスが合せにくくなる。そのため、フォーカス調整のための回転量には、フォーカスレンズ群の光軸方向の移動量に対して、一定以上の回転角度を割り当てなければならない。しかし、フォーカスレンズ群の回転角度を大きくすると、余分な回転角度が少なくなるため、移動筒の回転範囲の調整代が少なくなるという問題があった。

例えば、ｎ条のヘリコイドネジを有するレンズ装置において、移動筒の回転範囲規制用の凹部αを円周ｎ等分から互いにβ度ずつずらして設け、ヘリコイドネジを組み込む際のネジの入り口を変更することにより、α度刻みでｎ種類の組み合わせが得られる。しかし、ｎ条のヘリコイドネジにおいてαとβとの関係は、構造上、
α＋（ｎ−１）×β＜３６０／ｎ・・・奇数条の時
α＋ｎ ×β＜３６０／ｎ・・・偶数条の時
の関係を満たさなければならないことは自明である。したがって、操作性の向上のために一定以上のαをとると、調整代βが小さくなることがわかる。加えて、原理的にｎ通り以上の調整は行なえないという問題もある。
また、逆に、回転規制範囲用の凹部に嵌まり込む回転規制構造（ストッパネジ等）の取り付け位置を多数設け、その中から適切な回転範囲となる１か所を選んで使用するという方法もある。しかし、多数の取り付け構造を設けることは、機械加工の鏡胴においては加工工数の増大を招き、プラスチック形成鏡胴においては、型構造が複雑になり過ぎて現実的ではないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、フォーカス調整のために必要な移動筒の回転量を確保しながら、多数の調整位置を得ることのできるレンズ装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のレンズ装置は、移動筒と保持筒とのいずれか一方に周方向に沿って複数の回転規制構造を設け、他方に周方向に沿って複数の回転規制構造を設け、これらを選択的に組み合わせて使用することにより、移動筒の光軸方向の移動範囲を複数位置で切り換えられるようにしている。

また、回転範囲規制構造の数と同数または整数倍の数の条数を有するヘリコイドネジを設けたため、回転規制構造及び回転範囲規制構造によって規制された移動筒の僅かな回転量でも、移動筒の光軸方向への移動に用いることができる。

また、回転規制構造は、移動筒または保持筒に周方向に沿って複数設けられた規制穴と、これらの規制穴の一つに挿入されて筒の内側または外側に突出し、回転範囲規制構造に当接する規制部材とから構成している。更に、回転範囲規制構造は、移動筒または保持筒に周方向に沿って複数設けられて回転規制構造と当接する規制突起と、これらの規制突起の間に設けられ、回転規制構造の周方向での移動を許容する回転許容部とから構成している。

本発明によれば、移動筒の回転量を小さくすることなく、移動筒の光軸方向の移動範囲の調整位置を多数得ることができる。調整位置の数としては、回転規制構造の数と回転範囲規制構造の数とを乗算した数の調整位置を得ることができ、例えば、回転規制構造及び回転範囲規制構造の数をそれぞれ３個とした場合、移動筒の回転量は最大で１２０°となり、調整位置の数は９個となる。これにより、フォーカス精度が高く、かつフォーカス調整が行ないやすいレンズ装置を提供することができる。

図１は、本発明を実施したズームレンズ装置の構成を示す分解斜視図である。ズームレンズ装置１０は、第１レンズユニット１１、カム筒１２、固定筒１３、第２レンズユニット１４から構成されている。第１レンズユニット１１及び第２レンズユニット１４は、それぞれ内部に第１レンズ群１５及び第２レンズ群１６を保持しており、カム筒１２及び固定筒１３内で光軸方向に移動することにより変倍が行なわれる。また、第１レンズユニット１１内で第１レンズ群１５が光軸方向に移動することにより合焦が行なわれる。

第１レンズユニット１１は、その外周面に第１カムフォロワー１９が突出して設けられている。この第１カムフォロワー１９は、カム筒１２の外周前側に設けた第１カム開口２０に係合する。また、第２レンズユニット１４の外周にも第２カムフォロワー２１が設けられており、この第２カムフォロワー２１はカム筒１２の外周後側に設けた第２カム開口２２に係合する。なお、第１及び第２カムフォロワー１９，２１と第１及び第２カム開口２０，２２は、光軸Ｅを中心とする周方向の３分割位置にそれぞれ設けられている。

固定筒１３には、第１カム開口２０から突出する第１カムフォロワー１９の先端が係合する第１直進ガイド開口２５と、第２カム開口２２から突出する第２カムフォロワー２１の先端が係合する第２直進ガイド開口２６とが設けられている。また、固定筒１３には、カム筒１２の外周に突出して設けたスラストストッパー用ピン２７が係合するスラストストッパー用開口２８が形成されている。これにより、固定筒１３は、カム筒１２の光軸方向への移動を阻止し、且つ光軸Ｅを中心とする周方向に回転自在に保持する。

カム筒１２は、ズーム時にテレ位置とワイド位置との間の任意の回転位置に回転し、回転域に対する第１カム開口２０の光軸方向への変位に応じて第１レンズユニット１１を光軸方向に移動させ、且つ、回転域に対する第２カム開口２２の光軸方向への変位に応じて第２レンズユニット１４を光軸方向にそれぞれ移動させる。

図２は、光軸後方から見た第１レンズユニット１１の構成を示す分解斜視図である。第１レンズユニット１１は、第１レンズ群１５を保持する移動筒３１と、この移動筒３１を光軸周りで回転自在に保持する保持筒３２とから構成されている。

移動筒３１は、径の異なる３段の筒部３１ａ〜３１ｃからなり、各筒部の内部に第１レンズ群１５を構成する複数のレンズが組み込まれる。光軸後方に設けられた最も径の小さい筒部３１ｃの外周には、雄ヘリコイドネジ３５と、例えば３個の回転許容部Ｔ₁〜Ｔ₃とが設けられている。

保持筒３２は、径の異なる２段の筒部３２ａ，３２ｂからなり、各筒部の内部に移動筒３１の筒部３１ｂ，３１ｃが挿入される。光軸後方に設けられた径の小さい筒部３２ｂの内周には前記雄ヘリコイドネジ３５に螺合する雌ヘリコイドネジ３８が、外周には前記第１カムフォロワー１９及び複数個の規制穴Ｓ₁〜Ｓ₃が設けられている。これらの規制穴Ｓ₁〜Ｓ₃には、選択的に規制ネジ３９が挿入され、回転規制構造が構成される。

ズームレンズ装置１０のフォーカス調整は、移動筒３１の回転操作によって行なわれる。移動筒３１は、図中反時計方向（＋方向）に回転されることにより、雄ヘリコイドネジ３５及び雌ヘリコイドネジ３８の作用によって光軸Ｅの前方に移動し、移動筒３１が図中時計方向（−方向）に回転された場合には光軸Ｅの後方に移動する。

雄ヘリコイドネジ３５及び雌ヘリコイドネジ３８は、例えば、ネジ条数が回転許容部の数と等しく３であり、移動筒３１は、１／３回転されることによってヘリコイドネジの１ピッチ分だけ光軸方向に移動する。なお、雄ヘリコイドネジ３５及び雌ヘリコイドネジ３８の条数は、回転許容部の数の整数倍としてもよい。

本発明では、移動筒３１を保持筒３２に組み込む際に、図５に示す「標準組込」と、図６に示すように＋方向に１２０°回転させた「＋１２０°組込」と、図７に示すように−方向に１２０°回転させた「−１２０°組込」との３種類の態様の中から選択的に組み込まれる。

移動筒３１の回転許容部Ｔ₁〜Ｔ₃は、周方向に沿って溝状に形成された凹部からなり、この凹部内に設けられた複数の規制突起４５とともに回転範囲規制構造を構成している。保持筒３２の規制穴Ｓ₁〜Ｓ₃に挿入された規制ネジ３９は、保持筒３２の内側から突出され、いずれかの回転許容部Ｔ₁〜Ｔ₃内に挿入される。そして、移動筒３１の回転時に規制ネジ３９が規制突起４５に当接することによって、その回転範囲が規制される。

各回転許容部Ｔ₁〜Ｔ₃は、移動筒３１の回転範囲としてθｔの幅を有している。各規制突起４５は、規制ネジ３９との関係においてθｔを確保し、かつ各回転許容部Ｔ₁〜Ｔ₃の間にθｐ，θｑの間隔を設ける位置に左右対称に設けられている。また、保持筒３２の各規制穴Ｓ₁〜Ｓ₃は、規制穴Ｓ₁に対してθｓの間隔で左右対称にＳ₂，Ｓ₃の規制穴が設けられている。

図５に示すように、移動筒３１を保持筒３２に対して標準組込すると、規制穴Ｓ₁及び回転許容部Ｔ₁と、規制穴Ｓ₂及び回転許容部Ｔ₂と、規制穴Ｓ₃及び回転許容部Ｔ₃とが組み合わせ可能となる。前述の規制ネジ３９を規制穴Ｓ₁〜Ｓ₃のいずれかに挿入すると、各規制穴Ｓ₁〜Ｓ₃と各回転許容部Ｔ₁〜Ｔ₃とを組みあわせてなる回転範囲Ｗ₁，回転範囲Ｗ₂，回転範囲Ｗ₃のいずれかを使用することができる。

回転範囲Ｗ₁は設計基準であり、規制ネジ３９に対する回転許容部Ｔ₁の間隔θｆ₁及びθｂ₁が共通にされている。すなわち、各部品の製造精度及び組立精度が設計値通りならば、この回転範囲Ｗ₁を使用することで適正なフォーカス範囲を得ることができる。なお、θｆは移動筒３１を図中＋方向に回転させて光軸前方（物体側）に移動させる際に使用される回転範囲であり、θｂは移動筒３１を図中−方向に回転させて光軸後方（結像面側）に移動させる際に使用される回転範囲である。

回転範囲Ｗ₂は、θｆ₂がθｂ₂よりもわずかに広くされている。これとは逆に、回転範囲Ｗ₃では、θｂ₃がθｆ₃よりもわずかに広くされている。図８は、ヘリコイドネジのリードによって変化する移動筒３１の回転位置と光軸方向の移動位置との関係を表すグラフであり、Ａは、移動筒３１の全回転範囲を示し、Ｂは移動筒３１の光軸方向の全移動量を示し、符号Ｃはヘリコイドネジのリードを表している。このグラフで分かるように、回転範囲Ｗ２は、回転範囲Ｗ₁に対してθｆ₂とθｂ₂との差分だけ＋方向側に移動され、光軸方向の移動位置Ｂ₂は移動位置Ｂ₁よりも物体側に移動される。また、回転範囲Ｗ₃は、θｂ₃とθｆ₃との差分だけ−方向側に移動され、光軸方向の移動位置Ｂ₃はＢ₁よりも結像面側に移動される。

また、図６及び図９に示すように、移動筒３１を保持筒３２に＋１２０°組込すると、規制穴Ｓ₁と回転許容部Ｔ₃とを組みあわせた回転範囲Ｗ₄と、規制穴Ｓ₂と回転許容部Ｔ₁とを組みあわせた回転範囲Ｗ₅と、規制穴Ｓ₃と回転許容部Ｔ₂とを組みあわせた回転範囲Ｗ₆とが選択的に使用可能となる。回転範囲Ｗ₄では、前述の回転範囲Ｗ₂と同じ回転範囲を得ることができる。これに対し、回転範囲Ｗ₅は、θｆ₅がθｆ₄よりも広くされているため、＋方向側への移動量が回転範囲Ｗ₄よりも大きくなる。これとは逆に、回転範囲Ｗ₆では、θｂ₆がθｂ₃よりも大幅に広くされているため、−方向への移動量が前述の回転範囲Ｗ₃よりも大きくなる。

また、図７及び図１０に示すように、移動筒を−方向に１２０°回転させて保持筒に組み込むと、規制穴Ｓ₁と回転許容部Ｔ₂とを組みあわせた回転範囲Ｗ₇と、規制穴Ｓ₂と回転許容部Ｔ₃とを組みあわせた回転範囲Ｗ₈と、規制穴Ｓ₃と回転許容部Ｔ₁とを組みあわせた回転範囲Ｗ₉とが選択的に使用可能となる。回転範囲Ｗ₇は、前述の回転範囲Ｗ₃と同じ回転範囲を得ることができる。これに対し、回転範囲Ｗ₈は、θｆ₈がθｆ₇よりも大幅に広くされているため、＋方向側への移動量が回転範囲Ｗ₇よりも大きくなる。これとは逆に、回転範囲Ｗ₉では、θｂ₉がθｂ₃よりも広くされているため、−方向への移動量が前述の回転範囲Ｗ₃よりも大きくなる。

このように、本願発明では、保持筒３２に対する移動筒３１の組込角度を変更し、かつ規制穴Ｓ₁〜Ｓ₃と回転許容部Ｔ₁〜Ｔ₃との組み合わせを適切に選択することで、幅広い範囲で移動筒３１の回転範囲を光軸方向で移動させることができる。これにより、フォーカス精度を向上させることができる。また、調整範囲が広くなるにも関わらず、移動筒３１の回転量が極端に小さくなることがないため、フォーカス調整の操作性も維持することができる。

次に上記実施形態の作用について説明する。ズームレンズ鏡筒１０の組み立ては、カム筒１２の前側から第１レンズユニット１１を、また後側から第２レンズユニット１４を内部に挿入する。次に、スラストストッパー用ピン２７をスラストストッパー用開口２８を通してカム筒１２の外周に取り付ける。これにより、カム筒１２は、固定筒１３の内部で光軸方向への移動が阻止された状態で光軸Ｅを中心とする周方向に回転自在に支持される。

次に、３つの第１カムフォロワー１９を第１直進ガイド開口２５及び第１カム開口２０を通して保持筒３２にそれぞれ取り付ける。次に３つの第２カムフォロワー２１を第２直進ガイド開口２６及び第２カム開口２２を通して第２レンズユニット１４の外周にそれぞれ取り付ける。これによりカム筒１２の回転により第１レンズユニット１１及び第２レンズユニット１４が互いの間隔が変化するように光軸方向に移動する。

ズームレンズ装置１０に組み込まれる第１レンズユニット１１は、移動筒３１を保持筒３２に標準組込し、かつ規制穴Ｓ₁に規制ネジ３９を挿入して回転範囲Ｗ₁を使用する状態で組み立てられている。

組み立て完了後、ズームレンズ鏡筒１０は、調整工程に送られる。調整工程は、一例として以下のような手順となる。まず、第１レンズユニット１１の移動筒３１を保持筒３２に対して回転させ、規制ネジ３９が回転許容部Ｔ₁の至近端側の規制突起４５に突き当たるようにする。ここでピントが合っている距離を測定し、この距離が予め定められた範囲に入っていれば、調整は不要で、次の工程に移る。もしこの距離が予め定められた範囲に入っていなかった場合、近すぎるか遠すぎるか、どのくらい近いか遠いかによって、使用する回転範囲Ｗ₁〜Ｗ₉を決定する。なお、無限遠側については、移動筒３１の移動量のみで保証できるため、通常は至近側の調整だけで事足りる。

移動筒３１の保持筒３２への組込態様を変更するには、いったん第１レンズユニット１１をズームレンズ装置１０から取り外して行なう。なお、カム筒１２及び固定筒１３に規制穴Ｓ₁〜Ｓ₃にアクセス可能な開口を形成しておき、保持筒３２をカム筒１２内に組み込んだ状態で、移動筒３１の組込態様及び規制ネジ３９の挿入位置を変更できるようにしてもよい。

上記第１レンズユニット１１の各角度は、例えば以下の表１及び表２に記す数値とすることができる。

第１レンズユニット１１の各角度を前記表１及び表２の数値とした場合、標準組込の回転範囲Ｗ₁〜Ｗ₃では、０°，＋１０°，−１０°の調整位置を得ることができる。また、＋１２０°組込の回転範囲Ｗ₄〜Ｗ₆では、＋１０°，＋２０°，−３０°の調整位置を得ることができる。更に、−１２０°組込の回転範囲Ｗ₇〜Ｗ₉では、−１０°，＋３０°，−２０°の調整位置を得ることができる。すなわち、−３０°〜＋３０°の範囲で１０°刻みに回転範囲の調整位置を得ることができるため、細やかな調整を行なうことができ、フォーカス精度の向上に資することができる。

なお、上記実施形態では、回転許容部、規制穴、ヘリコイドネジの条数、欠条帯の各数を３個ずつとしたが、これに限定されるものではなく、使用するレンズ装置の性能に応じて適宜選択することが可能である。

本発明を実施したズームレンズ装置の構成を示す分解斜視図である。第１レンズユニットの構成を示す分解斜視図である。移動筒の回転許容部の光軸方向に直交する断面を表す要部断面図である。保持筒の規制穴の光軸方向に直交する断面を表す要部断面図である。移動筒を保持筒に標準組込した状態を表す要部断面図である。移動筒を保持筒に＋１２０°組込した状態を表す要部断面図である。移動筒を保持筒に−１２０°組込した状態を表す要部断面図である。標準組込時の移動筒の回転位置と移動位置との関係を表すグラフである。＋１２０°組込時の移動筒の回転位置と移動位置との関係を表すグラフである。 −１２０°組込時の移動筒の回転位置と移動位置との関係を表すグラフである。

符号の説明

１０ズームレンズ装置
１１第１レンズユニット
１５第１レンズ群
３１移動筒
３２保持筒
３５雄ヘリコイドネジ
３８雌ヘリコイドネジ
３９規制ネジ
Ｓ₁〜Ｓ₃ 規制穴
Ｔ₁〜Ｔ₃ 回転許容部
Ｗ₁〜Ｗ₉ 回転範囲

Claims

レンズを保持する移動筒と、この移動筒を光軸周りで回転自在に保持する保持筒と、移動筒と保持筒とにそれぞれ設けられて螺合され、移動筒の回転に応じて該移動筒を光軸方向に移動させるヘリコイドネジとを備えたレンズ装置において、
前記移動筒と保持筒とのいずれか一方に、周方向に沿って設けられた複数の規制穴と、
前記規制穴のいずれか一つに挿入されて筒の内側または外側に突出する規制部材と、
前記移動筒と保持筒とのいずれか他方に周方向に沿って設けられ、前記規制部材と当接する複数の規制突起と、
前記各規制突起の間に設けられ、前記規制部材の周方向での移動を許容する複数の回転許容部とを備え、
前記ヘリコイドネジは、前記回転許容部の数と同数または整数倍の数の条数を有し、
前記移動筒を前記保持筒に組み込む際に、前記移動筒の光軸周りの組込角度を変更して前記各規制穴と前記各回転許容部との組み合わせ及び前記各規制穴と前記各規制突起との相対位置を調整し、かつ前記各規制穴のいずれかに前記規制部材を挿入して前記移動筒の回転範囲を規制することにより、前記移動筒の光軸方向の移動範囲を調整することを特徴とするレンズ装置。