JP4624136B2 - バックフォーカス調整機構 - Google Patents

Description

この発明は、バックフォーカス調整機構に関し、特に例えば、マウントに固定されるレンズのバックフォーカスに基づいて当該レンズから撮像素子までの距離を調整するバックフォーカス調整機構に関する。

この種のバックフォーカス（またはフランジバック）調整機構として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来技術によれば、レンズの光軸方向に移動可能な素子ホルダの素子取付部に、シールリングを介して、固体撮像素子が取り付けられる。ここで、シールリングは、弾性材料製であり、素子ホルダの素子取付部および固体撮像素子の一方の周縁に当接する傾斜面を有している。そして、この傾斜面の誘導作用によって、固体撮像素子の中心が容易かつ確実にレンズの光軸に一致する、とされている。
特開２００２−１７６５８０号公報

しかし、厳密に言えば、上述の従来技術において、固体撮像素子の中心が一致するのは、レンズの光軸ではなく、素子ホルダの素子取付部の中心である。そして、素子ホルダは、レンズマウント部を有するカメラシャーシに取り付けられ、当該レンズマウント部に、レンズが固定される。従って、固体撮像素子の中心がレンズの光軸に一致するか否かは、素子ホルダとカメラシャーシとの取り付け部分の構造的な要因によっても影響される。

ここで、素子ホルダは、これに設けられた連結片のガイド挿通孔にカメラシャーシ側のガイド軸が挿通されることで、当該カメラシャーシに取り付けられる。また、当該ガイド挿通孔およびガイド軸は、素子ホルダの移動方向を案内するための案内手段としても、作用する。このため、これらガイド挿通孔およびガイド軸との間には、若干の隙間（遊び）があり、その分、固体撮像素子の中心がレンズの光軸からずれる恐れがある。つまり、上述の従来技術では、固体撮像素子の中心がレンズの光軸に一致する精度が低い、という問題がある。

そこで、この発明は、従来よりも確実かつ高精度に撮像素子の中心をレンズの光軸に一致させることができるバックフォーカス調整機構を提供することを、目的とする。

かかる目的を達成するために、この発明は、マウントに固定されるレンズのバックフォーカスに基づいて当該レンズから撮像素子までの距離を調整するバックフォーカス調整機構において、マウントを有する基部手段と、撮像素子を保持する保持手段と、撮像素子の中心がレンズの光軸に一致するように基部手段に対する保持手段の位置決めを行う位置決め手段と、レンズの光軸に沿う方向に保持手段を移動させる移動手段と、この移動手段によって移動される保持手段の移動方向を案内する案内手段と、を具備する。そして、案内手段は、位置決め手段とは別個に設けられていることを、特徴とする。

なお、ここで言う撮像素子の中心とは、当該撮像素子の受光面の中心を言い、より具体的には当該受光面の有効領域の中心を言う。

即ち、この発明では、撮像素子の中心が、レンズの光軸、換言すればマウントの中心に一致するように、基部手段に対する保持手段の位置決めが、位置決め手段によって実現される。そして、移動手段によって、保持手段がレンズの光軸に沿う方向に移動される。このとき保持手段の移動方向は、案内手段によって案内される。ここで、位置決め手段と案内手段とは、互いに別個に設けられている。つまり、撮像素子の中心をレンズの光軸に一致させるための位置決めは、それ専用に設けられた位置決め手段によって実現され、保持手段をレンズの光軸に沿う方向に移動させるための案内は、それ専用に設けられた案内手段によって実現される。

なお、位置決め手段は、基部手段および保持手段の一方に設けられかつレンズの光軸に沿う方向に突出した複数の突出部と、基部手段および保持手段の他方に設けられかつ当該各突出部に個別に対応すると共に対応する突出部が挿入される複数の挿入孔と、を含むものとしてもよい。つまり、各突出部が各挿入孔に挿入されることによって、基部手段に対する保持手段の位置決めが成される構成としてもよい。

そして、この場合、各突出部は、光軸を中心とする円の円周方向に沿って設けられるのが、望ましい。勿論、これに合わせて、各挿入孔も、当該円の円周方向に沿って設けられる。このようにすれば、各突出部を各挿入孔に挿入する際に、光軸を基準として、換言すればマウントの中心を基準として、その作業を行うことができる。つまり、各突出部を各挿入孔に挿入する際の作業性が向上する。

さらに、それぞれの突出部は、上述の円に接しかつ光軸に対して平行な基準面を有するものとしてもよい。そして、それぞれの挿入孔は、対応する突出部の当該基準面に接触する部分を有するものとしてもよい。つまり、光軸から一定の距離に形成された基準面を基準として、位置決めが成される構成としてもよい。

また、この場合、各突出部は、基部手段に設けられるのが、望ましい。そして、当該基部手段が有するマウントは、レンズの光軸を中心として螺旋状に形成されかつレンズ側の第１ネジ部と螺合される第２ネジ部を備えるのが、望ましい。この構成によれば、各突出部の上述した基準面が接する円と、マウントの第２ネジ部によって螺旋状に描かれる円とが、光軸を中心とする同心関係になる。かかる各突出部の所定面とマウントの第２ネジ部とは、例えば旋盤による切削加工によって形成することができ、当該切削加工の際の回転軸を、共通化することができる。つまり、各突出部の所定面を形成するための切削加工と、マウントの第２ネジ部を形成するための切削加工とを、連続して、いわゆる１チャックで、実施することができる。

この発明によれば、撮像素子の中心をレンズの光軸に一致させるための位置決めは、それ専用の位置決め手段によって実現され、保持手段を光軸方向に沿って移動させるための案内は、それ専用の案内手段によって実現される。これに対して、上述した従来技術では、案内手段としてのガイド挿入孔およびガイド軸が、言わば当該位置決め手段と同様の目的で兼用される。従って、かかる従来技術に比べて、より確実かつ高精度に撮像素子の中心をレンズの光軸に一致させることができる。

この発明の一実施形態について、図１〜図８参照して説明する。

この実施形態に係るバックフォーカス調整機構１０は、例えば箱型の監視カメラに適用されるものであり、図１に示すように、フォーカスリング１２，フロント１４，ホルダ１６およびプリント配線板１８を、有している。なお、図１において、フォーカスリング１２が記載されている方向が、監視カメラの前方に相当する。また、図には示さないが、プリント配線板１８の当該前方側の面に、図示しないＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の撮像素子が、搭載されている。なお、この撮像素子は、ＣＣＤ型に限らず、ＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor）型等の他の方式の素子であってもよい。

フォーカスリング１２は、例えばＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene
Styrene）樹脂製であり、図２にも示すように、概略円板状のものである。そして、このフォーカスリング１２の中央には、その正面側から背面側に貫通する円形の貫通孔２０が、設けられている。また、当該フォーカスリング１２の外周２２には、滑り止め用のローレットが、形成されている。さらに、フォーカスリング１２の背面側には、貫通孔２０と同心関係にあり、かつ監視カメラの後方側に向かって十数［ｍｍ］ほど突出した円弧状のストッパ２４が、設けられている。

そしてさらに、フォーカスリング１２の背面側には、後方に向かって数［ｍｍ］ほど突出した複数、例えば３つの押圧用突起２６，２６，…が、設けられている。これらの押圧用突起２６，２６，…は、後述するホルダ１６側の３つの傾斜突条６０，６０，…と共に移動手段を形成するものであり、それぞれの先端部分は、当該傾斜突条６０，６０，…の上面の傾斜角度に合わせて斜めに形成されている。また、各押圧用突起２６，２６，…は、フォーカスリング１２（貫通孔２０）の中心から同じ距離を置き、かつ当該中心を囲むように略等間隔に設けられている。さらに、これらの押圧用突起２６，２６，…の内側（中心寄りの位置）であって、貫通孔２０の周縁部分には、次に説明するフロント１４との結合状態を維持するための３つのフック２８，２８，…が、設けられている。

フロント１４は、例えばアルミニウム合金製であり、図３にも示すように、背面側が開放された概略直方体状のものである。かかるフロント１４は、例えばダイカスト法によって形成される。そして、このフロント１４の前面部中央には、前方に向かって突出した円筒状のマウント４０が、設けられている。このマウント４０は、図示しないレンズを固定するためのものであり、その内周壁４２には、当該レンズ側に形成された第１ネジ部としての雄ネジと螺合する第２ネジ部としての雌ネジが、形成されている。なお、言うまでもなく、当該雌ネジ４２は、マウント４０の中心、換言すればレンズの光軸を中心として、螺旋状に形成されている。かかる雌ネジ４２は、例えばＮＣ（Numerical Control）旋盤による切削加工によって形成される。

そして、図４に示すように、マウント４０の外周部に上述したフォーカスリング１２の貫通孔２０が嵌合することで、当該フォーカスリング１２が、フロント１４に結合される。また、このとき、フォーカスリング１２側の上述した係止部２８，２８，…が、マウント４０の外周部の全周にわたって形成された溝４４に係止されることで、当該フォーカスリング１２とフロンと１４との結合状態が維持される。

さらに、フロント１４の前面の上部側には、フォーカスリング１２側の上述したストッパ２４が挿通される円弧状の貫通孔４６が形成されており、これによって、当該フロント１４とストッパ２４との機械的な干渉が回避される。また、フォーカスリング１２は、レンズの光軸を中心として所定角度、例えば約６０度の範囲で回動可能とされており、このため、当該貫通孔４６は、レンズの光軸を中心とする相応の角度にわたって形成されている。なお、フォーカスリング１２側の上述した押圧用突起２６，２６，…は、フロント１４には干渉しない。

一方、フロント１４の前面部の裏側（背面側）であって、上述した貫通孔４６の下側周縁に沿う適宜位置には、後方に向かって１０［ｍｍ］ほど突出した円弧状の支持部５０が、設けられている。そして、フロント１４の上面部であって、当該支持部５０と対向する位置には、ストッパ固定用ネジ１００が螺着されるネジ孔５２が、設けられている。即ち、このストッパ固定用ネジ１００が締められると、当該ストッパ固定用ネジ１００の先端と支持部５０の上面とでストッパ２４が挟まれ、これによってフォーカスリング１２が固定され、回動不能となる。

また、フロント１４の前面部の裏側には、後方に向かって１０［ｍｍ］ほど突出した突出部としての複数、例えば３つの位置決め用突起５４，５４，…が、設けられている。これらの位置決め用突起５４，５４，…は、図５に示すように、レンズの光軸を中心とする円１０２の円周方向に沿って概ね等間隔に設けられている。そして、これらの位置決め用突起５４，５４，…は、当該円１０２に接しかつ光軸に対して平行な円弧状の基準面５６，５６，…を、有している。かかる基準面５６，５６，…もまた、上述したマウント４０の雌ネジ４２と同様に、ＮＣ旋盤による切削加工によって形成される。なお、当該基準面５６，５６，…（円１０２）の中心は、雌ネジ４２の中心と共通であるので、これら基準面５６，５６，…と雌ネジ４２とは、連続して、いわゆる１チャックで、形成することができる。

さらに、フロント１４の前面部の裏側、具体的には当該裏側の角部分のうち１つの対角を成す角部分の近傍には、２つのネジ孔５８および５８が設けられており、このネジ孔５８および５８には、次に説明するホルダ１６を取り付けるための２つのネジ１０４および１０４が、それぞれ螺着される。また、フロント１４の前面部には、ホルダ１６側の傾斜突条６０，６０，…が挿通される３つの円弧状の貫通孔５９，５９，…が、さらに設けられている。なお、これらの貫通孔５９，５９，…のうち、上方側に位置する２つの貫通孔５９および５９は、上述したストッパ２４挿通用の貫通孔４６によって一連に繋がっている。

ホルダ１６は、例えばガラス入りのポリカーボネイトを素材とする成型品であり、図６にも示すように、概略円板状の本体部６２を有している。そして、この本体部６２の中央には、当該本体部６２の正面側から背面側に貫通する矩形の窓６４が、設けられており、この窓６４には、図示しない赤外線遮断フィルタ等の所定の光学フィルタが、はめ込まれている。さらに、この光学フィルタは、本体部６２の背面側の適宜箇所に設けられた電磁ソレノイド６６によって、任意にＯＮ／ＯＦＦ可能とされている。ただし、当該光学フィルタは、固定されたままでもよく、この場合、電磁ソレノイド６６は不要となる。

そして、本体部６２の正面側に、上述した３つの傾斜突条６０，６０，…が、設けられている。具体的には、各傾斜突条６０，６０，…は、本体部６２の周縁に沿って円弧状に延伸するように、設けられている。なお、各傾斜突条６０，６０，…の長さ寸法（延伸量）は、上述したフォーカスリング１２が回動することによる各押圧用突起２６，２６，…の移動範囲に応じた寸法（約６０度相当）とされている。また、それぞれの傾斜突条６０の上面は、当該傾斜突条６０の延伸方向に沿って徐々に傾斜している。換言すれば、傾斜突条６０の延伸方向に沿って、当該傾斜突条６０の高さ寸法（突出量）が徐々に変化している。

一方、本体部６２の背面側の中央には、撮像素子を収容するための概略箱状の素子収容部６８が、設けられている。そして、この素子収容部６８の左右の適宜箇所には、上述したプリント配線板１８を固定するための２つのネジ孔７０および７０が設けられている。即ち、プリント配線板１８は、図１に示すように、２本のネジ１０６および１０６によって当該ネジ孔７０および７０にネジ止めされる。そして、このようにプリント配線板１８がネジ止めされることで、当該プリント配線板１８に搭載されている撮像素子が、素子収容部１６に収容される。

なお、素子収容部１６と撮像素子との間には、例えばスポンジ等の弾性材料によって形成された緩衝材１０８が、設けられる。かかる緩衝材１０８が設けられることで、上述した光学フィルタに対する機械的な圧力が緩和されると共に、素子収容部１６と撮像素子との間にゴミや埃等が進入するのが防止される。

また、素子収容部６８の上下の適宜箇所には、位置決め用の２つの突起７２および７２が設けられている。そして、プリント配線板１８には、当該突起７２および７２に対応する２つの貫通孔８０および８０が設けられている。即ち、各突起７２および７２が各貫通孔８０および８０に挿入されることで、素子収容部６８に対するプリント配線板１８の位置決めが成され、ひいてはホルダ１６の中心に対する撮像素子の中心の位置決めが成される。

さらに、本体部６２の周縁であって、当該本体部６２の中心を挟んで互いに対向する位置に、当該周縁から外側（半径方向）に向かって言わば耳状に出張った２つのフランジ７４および７４が、設けられている。これらのフランジ７４および７４は、上述したフロント１４に対するホルダ１６の取り付け部となるものである。このため、それぞれのフランジ７４には、その正面側から背面側に貫通する円形の案内用貫通孔７６が、設けられている。

具体的には、図１および図４に示すように、それぞれの案内用貫通孔７６には、当該案内用貫通孔７６の直径よりも少し径（外径）の小さい円筒状の金属製スペーサ１１０が挿通される。そして、このスペーサ１１０は、上述したネジ１０４によって、フロント１４側のネジ孔５８に固定される。この結果、ホルダ１６は、フロント１４に対し、スペーサ１１０および１１０が延伸する方向、つまり光軸方向に沿って、移動（スライド）可能な状態に取り付けられる。

なお、それぞれのスペーサ１１０が案内用貫通孔７６をすり抜けない（つまりホルダ１６がスペーサ１１０から外れない）ようにするために、当該スペーサ１１０とネジ１０４の頭部との間には、案内用貫通孔７６よりも径の大きい平ワッシャ１１２が、設けられる。また、図には示さないが、当該平ワッシャ１１２とフランジ７４との間には、スペーサ１１０の周囲を取り巻くように、圧縮コイルバネが設けられている。そして、この圧縮コイルバネの反発力によって、ホルダ１６は、フロント１４側に向かって付勢される。

さらに、このとき、上述したフォーカスリング１２の押圧用突起２６，２６，…の先端が、フロント１４の貫通孔５９，５９，…を介して、ホルダ１６の傾斜突条６０，６０，…の上面に当接する。従って、フォーカスリング１２が回動されると、当該傾斜突条６０，６０，…に対する押圧用突起２６，２６，…の当接位置が変わり、これによって、ホルダ１６がレンズの光軸方向に沿って移動する。つまり、押圧用突起２６，２６，…を原節とし、傾斜突条６０，６０，…を従節とする、移動手段としてのカム機構が、形成される。そして、このようにフォーカスリング１２を回動させてホルダ１６を移動させることで、バックフォーカス調整が行われる。また、このときのホルダ１６の移動方向は、スペーサ１１０および１１０と案内用貫通孔７６および７６とから成る案内手段によって、案内される。なお、バックフォーカス調整の終了後は、上述したストッパ固定用ネジ１００が締められ、これによってフォーカスリング１２が固定される。

また、ホルダ１６の本体部６２には、フロント１４側の位置決め用突起５４，５４，…が挿通される３つの位置決め用貫通孔７８，７８，…が、設けられている。これらの位置決め用貫通孔７８，７８、…は、位置決め用突起５４，５４，…の断面（突出方向を横切る断面）と略同様の形状、例えば僅かに円弧を描いた概略矩形の形状をしており、その寸法は、当該位置決め用突起５４，５４，…の断面寸法よりも少し大きい。ただし、図７に示すように、それぞれの位置決め用貫通孔７８の周縁のうち、レンズの光軸側に位置する部分は、対応する位置決め用突起５４の上述した基準面５６に接触するように形成されている。つまり、当該部分（光軸側周縁）から光軸までの距離は、各位置決め用貫通孔７８，７８，…間で同一とされている。そして、このようにフロント１４側の位置決め用突起５４，５４，…がホルダ１６側の位置決め用貫通孔７８，７８，…に挿通されることで、当該ホルダ１６に取り付けられた撮像素子の中心がフロント１４側のマウント４０の中心に一致し、ひいてはレンズの光軸に一致するように、位置決めが成される。

即ち、この実施形態のバックフォーカス調整機構１０によれば、撮像素子の中心をレンズの光軸に一致させるための位置決めは、フロント１４側の位置決め用突起５４，５４，…とホルダ１６側の位置決め用貫通孔７８，７８，…とから成る専用の位置決め手段によって実現される。そして、バックフォーカス調整が行われる際のホルダ１６の移動方向は、当該位置決め手段とは別個に設けられたスペーサ１１０および１１０と案内用貫通孔７６および７６とから成る案内手段によって実現される。従って、上述した従来技術、つまり案内手段としてのガイド挿入孔およびガイド軸が位置決め手段としても兼用される構造に比べて、より確実かつ高精度に撮像素子の中心をレンズの光軸に一致させることができる。

また、撮像素子の中心をレンズの光軸に一致させる際の基準となる上述した基準面５６，５６，…は、マウント４０の雌ネジ４２を形成するときに一緒に形成される。よって、その分、当該基準面５６，５６，…を形成するための工数が削減される。

なお、この実施形態においては、レンズの光軸を中心として各位置決め用突起５４，５４，…を等間間隔に形成したが、必ずしも等間隔に形成する必要はない。また、当該位置決め用突起５４，５４，…の数は、３つに限らず、これ以外の複数個としてもよい。

そして、各位置決め用突起５４，５４，…を各位置決め用貫通孔７８，７８，…に挿通させ易くするために、例えば図８に示すように、当該位置決め用突起５４，５４，…の先端部分の基準面５６側に傾斜面５６ａを設け、つまり当該先端部分をテーパ状に形成してもよい。また、これに代えて、当該各位置決め用突起５４，５４，…を若干外側に向けて反らせることによって、各位置決め用貫通孔７８，７８，…への挿入を容易にするための言わば挿入補助手段を形成してもよい。

さらに、各位置決め用突起５４，５４，…の基準面５６，５６，…を、レンズの光軸側（内側）に形成したが、これとは反対側に形成してもよい。

また、スペーサ１１０および１１０と案内用貫通孔７６および７６とによって案内手段を形成したが、例えば溝を利用する等のように他の構造によって当該案内手段を形成してもよい。

そして、押圧用突起２６，２６，…と傾斜突条６０，６０，…とから成るカム機構によって移動手段を形成したが、これに限らない。例えば、ネジ送り等の他の構造を利用して、当該移動手段を形成してもよい。

なお、この実施形態で説明した内容は、飽くまでこの発明を実現するための一例であり、この発明を限定するものではない。

この発明の一実施形態の組立要領を示す図解図である。 同実施形態におけるフォーカスリングの構造を示す図である。 同実施形態におけるフロントの構造を示す図である。 同実施形態の組立完成後の構造を示す図である。 同実施形態におけるフロントの位置決め用突起とマウントとの位置関係を示す図解図である。 同実施形態におけるホルダの構造を示す図である。 同実施形態におけるホルダの位置決め用貫通孔を拡大して示す図解図である。 同実施形態におけるフロントの位置決め用突起の別例を示す図解図である。

符号の説明

１０ バックフォーカス調整機構
１２ フォーカスリング
１４ フロント
１６ ホルダ
１８ プリント配線板
２６ 押圧用突起
５４ 位置決め用突起
６０ 傾斜突条
６８ 素子収容部
７６ 案内用貫通孔
７８ 位置決め用貫通孔
１１０ スペーサ

Claims (2)

1. マウントに固定されるレンズのバックフォーカスに基づいて該レンズから撮像素子までの距離を調整するバックフォーカス調整機構において、
   上記マウントを有する基部手段と、
   上記撮像素子を保持する保持手段と、
   上記撮像素子の中心が上記レンズの光軸に一致するように該光軸に直角な方向において上記基部手段に対する上記保持手段の位置決めを行う位置決め手段と、
   上記光軸に沿う方向に上記保持手段を移動させる移動手段と、
   上記位置決め手段とは別個に設けられ上記移動手段による上記保持手段の移動方向を案内する案内手段と、
   を具備し、
   上記位置決め手段は、上記基部手段および上記保持手段の一方に設けられ上記光軸に沿う方向に突出した複数の突出部と、上記基部手段および上記保持手段の他方に設けられ上記複数の突出部に個別に対応すると共に対応する該突出部が挿入される複数の挿入孔と、を含み、
   上記複数の突出部は上記光軸を中心とする円の円周方向に沿って設けられ、
   上記複数の挿入孔もまた上記円の円周方向に沿って設けられ、
   上記複数の突出部のそれぞれは上記円に倣いかつ上記光軸に対して平行な基準面を有し、
   上記複数の挿入孔のそれぞれは対応する上記突出部の上記基準面に倣って接触する周縁部分を有すること、
   を特徴とする、バックフォーカス調整機構。
2. 上記複数の突出部は上記基部手段に設けられており、
   上記マウントは上記光軸を中心として螺旋状に形成され上記レンズ側の第１ネジ部と螺合される第２ネジ部を有する、
   請求項１に記載のバックフォーカス調整機構。

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