JP6192560B2 - レンズ鏡筒およびそれを有する光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ鏡筒に関する。

光学素子をレンズ鏡筒に保持する場合、光学性能を確保するために光学素子の光軸を鏡筒本体の中心軸に一致させる光軸調整を行う場合がある。特許文献１は、光学素子は鏡筒本体に接触する傾斜面を備え、鏡筒本体に光学素子と摺動する傾斜面を有した接触部材を、弾性部材を介して配置する構成を提案している。特許文献２は、弾性部材を挟んだ押え環でガラスを保持する構成を提案している。特許文献３は、光学素子を、弾性部材を介した押え部材で保持する構成を提案している。

特開平０７−２０９５６７号公報 特開２００５−１４８２５４号公報 特開平０５−１２７０５８号公報

しかしながら、特許文献１の構成は、鏡筒と接触部材の嵌合ガタ以下の高精度な光軸保持が必要なレンズ鏡筒には対応できず、高温環境下ではこの問題は顕著になる。特許文献２の押え環や特許文献３の押え部材は、光学素子を鏡筒に調芯させる機能を有していない。

本発明は、鏡筒本体の中心軸に光学素子の光軸を一致させる光軸調整を行い、高温環境下でも光軸調整された光学素子を安定して保持可能なレンズ鏡筒を提供することを例示的な目的とする。

本発明のレンズ鏡筒は、光学素子と、雌ネジ部を有し、前記光学素子を保持する鏡筒本体と、前記雌ネジ部に締結される雄ネジ部を有する押え部材と、該押え部材に保持され、前記光学素子に対して、該光学素子を前記鏡筒本体に付勢する弾性部材と、を有し、前記雄ネジ部が前記雌ネジ部に締結された締結状態において、前記押え部材と前記弾性部材は共に前記光学素子の曲面に接触可能であり、前記弾性部材は、前記押え部材の少なくとも一部が前記光学素子の曲面から離れても前記光学素子の曲面に接触し続けることが可能であることを特徴とする。

本発明によれば、鏡筒本体の中心軸に光学素子の光軸を一致させる光軸調整を行い、高温環境下でも光軸調整された光学素子を安定して保持可能なレンズ鏡筒を提供することができる。

本実施形態のレンズ鏡筒の断面図である。 図１の部分拡大断面図である。 図１に示すレンズ鏡筒の分解斜視図である。 図２の変形例の部分拡大断面図である。

図１は、本実施形態のレンズ鏡筒の断面図、図２は、図１の部分拡大断面図、図３は、図１に示すレンズ鏡筒の分解斜視図である。

レンズ鏡筒は、光学素子Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３からなる光学系を保持し、例えば、不図示のカメラ本体（撮像装置本体）に着脱可能に装着される。この場合、光学系は、被写体の光学像を形成する撮影光学系として機能する。但し、レンズ鏡筒はカメラ本体と一体でもよい。また、撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラでもよい。更に、本発明は、撮像装置だけではなく、レンズ鏡筒が適用可能な、双眼鏡、顕微鏡、測定装置、レーザーなどの光学機器にも適用することができる。

図１〜図３において、光学素子Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３はそれぞれガラスなどの透明材料で構成され、本実施形態では、光学素子Ｇ１は凸レンズ、光学素子Ｇ２は凸レンズ、光学素子Ｇ３は凹レンズとして構成されている。なお、以下の説明において、光学素子Ｇ１の物体光が入射する側の曲面を「Ｒ１曲率面Ｇ１ａ」と称する場合がある。なお、光学素子Ｇ１は、光学素子Ｇ１の物体光が入射する側に曲面、傾斜面または平面を有する。

光学素子の有効径より外径側で光学素子面同士を接触させて、光学素子間の間隔を保証する構成を一般的に「マージナルコンタクト」と称し、二つの光学素子が接触している箇所を「マージナルポイント」と称する。マージナルコンタクトされた複数の光学素子を同時に鏡筒に組付け固定するレンズの固定方法は知られており、光学素子Ｇ２とＧ３同士はマージナルコンタクトで接触している。

４は、各光学素子を保持するレンズ鏡筒の本体（鏡筒本体）であり、金属材料や樹脂材料で製作されている。図２に示すように、鏡筒本体４は、雌ネジ部４ａ、支持部４ｂ、支持部４ｃを有する。雌ネジ部４ａは、鏡筒本体４の円筒形状または円錐形状の内面の一部に、内周に沿って形成されたネジ部である。支持部４ｂは、後述するＧ１シート８を介して、光学素子Ｇ１（の一部）を支持する、光軸に垂直な面である。支持部４ｃは、後述するＧ３シート９を介して、光学素子Ｇ３（の一部）を支持する、光軸に垂直な面である。但し、本発明は、支持部４ｂと４ｃが傾斜面であることを妨げるものではない。

５は、光学素子Ｇ１と接触可能で光学素子Ｇ１を鏡筒本体４に固定する第１の押え環（押え部材）である。第１の押え環５は、雄ネジ部５ａ、弾性部材保持部５ｂ、接触部５ｃを有する。第１の押え環５は、光学素子Ｇ１に全周に亘って接触する環状形状を有しなくてもよく、光学素子Ｇ１に一部が接する環状形状、１２０度間隔で光学素子Ｇ１に接触する３つの部材などから構成されてもよい。

雄ネジ部５ａは、第１の押え環５の円筒形状または円錐形状の外面の一部に、外周に沿って形成されたネジ部である。雌ネジ部４ａと雄ネジ部５ａがネジ締め（締結）されることによって第１の押え環５は鏡筒本体４に固定および保持される。この時、鏡筒本体４に対する第１の押え環５の中心出しがなされる。

弾性部材保持部５ｂは、第１の押え環５の外面に形成され、環状弾性部材７を保持する。本実施形態では、弾性部材保持部５ｂは、第１の押え環５の外面の外周全周に亘って形成された環状の溝部（凹部）である。環状弾性部材保持部５ｂが円環状の溝形状を有しているので、環状弾性部材７が外周方向に変形することを抑制することができる。但し、環状弾性部材保持部５ｂは、全周に亘って形成されていなくてもよい。

図２に示す光学系の光軸（不図示）を含む断面において、弾性部材保持部５ｂは、環状弾性部材７の外周面（外面）７ａに接触可能な接触面５ｂ_１と環状弾性部材７の内周面（内面）７ｂに接触可能な接触面５ｂ_２によって環状弾性部材７を挟むように保持している。

接触部５ｃは、第１の押え環５ｃの光学素子Ｇ１側の端面であり、平面性を維持し、光学素子Ｇ１に接触して光軸調整を行う機能を有する。

６は、光学素子Ｇ２、Ｇ３を同時に保持するための同様にネジ結合される第２の押え環である。

環状弾性部材７は、光学素子Ｇ１に全周に亘って接触する環状形状を有しなくてもよく、光学素子Ｇ１に一部が接する環状形状、１２０度間隔で光学素子Ｇ１に接触する３つの弾性部材などから構成されてもよい。

環状弾性部材７は、径方向の厚みよりも光軸方向の長さが長い長円形形状を有する。環状弾性部材７は、光軸方向に十分な長さがあるため押え環５に安定して保持することが可能である。このため、球体構造よりも環状弾性部材７の固定は容易となる。環状弾性部材７は、接触部５ｃが光学素子Ｇ１に接触する位置の外側において光学素子Ｇ１のＲ１曲率面Ｇ１ａに接触する。

環状弾性部材７は、接触部５ｃよりも光学素子Ｇ１側に突出して、光学素子Ｇ１を鏡筒本体４の支持部４ｂに付勢している。即ち、光学素子Ｇ１を鏡筒本体４に固定する付勢力を加えている。

環状弾性部材７は、接触部５ｃの少なくとも一部が光学素子Ｇ１から離れても光学素子Ｇ１と接触してこれを付勢し、これにより、光学素子Ｇ１の姿勢を維持して調芯精度を維持することができる。

環状弾性部材７は、シリコンゴム等の自己潤滑機能を有する材料から構成され、接触する相手部品との摩擦は小さい。このため、環状弾性部材７が光学素子Ｇ１と接触しているときの摩擦力が小さいので、第１の押え環５の雄ネジ部５ａが鏡筒本体４の雌ネジ部４ａに対して回転されてネジ締めされる動作を小さい力で円滑に行うことができる。

円環状のＧ１シート８は、鏡筒本体４の支持部４ｂと光学素子Ｇ１の間に配置され、樹脂やＰＴＦＥなどの低摩擦材料から構成される。Ｇ１シート８はＧ１の光軸方向の位置を調整する機能を有し、環状形状を有する。Ｇ１シート８は、光学素子Ｇ１が鏡筒本体４の支持部４ｂに接触して損傷することから保護する。また、Ｇ１シート８は低摩擦材料から構成されているので、光学素子Ｇ１はＧ１シート８上で円滑に摺動可能である。

９は、円環状のＧ３シートであり、鏡筒本体４の支持部４ｃと光学素子Ｇ３の間に配置され、樹脂やＰＴＦＥなどの低摩擦材料から構成される。Ｇ３シート９はＧ２、Ｇ３の光軸方向の位置を調整する機能を有し、環状形状を有する。Ｇ３シート９は、光学素子Ｇ３が鏡筒本体４の支持部４ｃに接触して損傷することから保護する。また、Ｇ３シート９は低摩擦材料から構成されているので、光学素子Ｇ３はＧ３シート９上で円滑に摺動可能である。

次に、鏡筒本体４に光学素子Ｇ１〜Ｇ３を保持する手順について説明する。

まず、鏡筒本体４にＧ３シート９と光学素子Ｇ２、Ｇ３を挿入した後、第２の押え環６をネジで鏡筒本体４に結合する。これにより、鏡筒本体４に光学素子Ｇ２、Ｇ３を保持する。

特許文献１では、鏡筒と接触部材との間に存在する嵌合ガタ成分に対しては調芯することができないため、鏡筒と接触部材の嵌合ガタ以下の高精度な光軸保持が必要なレンズ鏡筒には対応できないという課題がある。また、例えば、常温２０℃で組立てられたレンズ鏡筒が、６０℃程度の高温環境下に放置された場合、鏡筒材料と光学素子材料との熱膨張差のため、１０μ近くの押え環の浮きが発生することもある。

本実施形態は、光学素子Ｇ１の光軸調整を行い、高温環境下でも光軸調整された光学素子Ｇ１を安定して保持することを目的としている。

そこで、鏡筒本体４にＧ１シート８と共に光学素子Ｇ１を挿入し、次いで、環状弾性部材７が保持された第１の押え環５の保持部５ａを、鏡筒本体４の雌ネジ部４ａに締結する。本実施形態によれば、雌ネジ部４ａに対する雄ネジ部５ａの中心出しがネジ締めによって確保されるため、嵌合ガタ成分が生じない。次に、光学素子Ｇ１のＲ１曲率面Ｇ１ａと第１の押え環５の接触部５ｃが接触することにより、光学素子Ｇ１は光軸調整される。低摩擦材料であるＧ１シート８により、調芯時の抵抗が少ない。

また、環状弾性部材７がＲ１曲率面Ｇ１ａと接触することにより、光学素子Ｇ１を鏡筒本体４に付勢して固定する。この時、環状弾性部材７は、自己潤滑性を有するため、第１の押え環５が回転されてもＲ１曲率面Ｇ１ａで滑り、第１の押え環５の取り付けと光学素子Ｇ１の調芯作用を妨げることがない。

その後、鏡筒本体４を高温環境下に放置し、鏡筒本体４と光学素子Ｇ１の材料の温度膨張差により、光学素子Ｇ１と鏡筒本体４、第１の押え環５の間に空隙が発生したとする。例えば、接触部５ｃの少なくとも一部がＲ１曲率面Ｇ１ａから離れて調芯精度が低下することが懸念されるが、接触部５ｃがＲ１曲率面Ｇ１ａから離れても、環状弾性部材７は、Ｒ１曲率面Ｇ１ａに接触し続けて付勢力を加える。即ち、高温環境下でも環状弾性部材７が鏡筒本体４に光軸調整後の光学素子Ｇ１を固定し続けるので、常温で調整された調芯精度は維持される。

鏡筒本体４が、樹脂材料から構成される場合はガラス材料から構成される光学素子との温度膨張差が大きくなるため、本実施形態の効果はより顕著となる。

また、環状弾性部材７は、通常のエラストマーなどの弾性材料から構成されて、成型後に低摩擦となる潤滑コート処理を光学素子に接触する部分に施してもよい。かかる構成によっても、光学素子Ｇ１と接触する部分は潤滑機能を有する。

図４は、図２の変形例を示す断面図である。図４は、環状弾性部材７の代わりに環状弾性部材１０を有する点で図２と異なり、環状弾性部材１０は環状弾性部材７とは形状が異なる。

環状弾性部材１０は、径方向の厚みよりも、光軸方向の長さの方が長い点は環状弾性部材７と同様であるが、光軸を含む断面において光軸に垂直な方向の幅が変化している。環状弾性部材１０は、光軸方向に一部肉抜き部１０ａを設けることにより、弾性変形し易くなり、環状弾性部材７のようなゴム材料から構成されなくてもよい。例えば、環状弾性部材１０は、樹脂材料から構成されてもよい。

図４に示す形状によれば、環状弾性部材１０のバネ定数を下げ、他の構成部品の寸法のバラつきを考慮しても、より安定した光学素子Ｇ１に対する付勢力を与えることが可能である。なお、図４では、光軸を含む断面上で環状弾性部材１０の外周側において肉抜きを行っているが、内周側に肉抜きを行ってもよく、また、数箇所で肉抜きを行ってもよい。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。上述したレンズ鏡筒を有する光学機器も本発明の一側面を構成する。

レンズ鏡筒は、光学機器の分野に適用することができる。

Ｇ１…光学素子、Ｇ１ａ…Ｒ１曲率面、４…鏡筒本体、４ａ、５ａ…係合部、５…第１の押え環（押え部材）、５ｂ…弾性部材保持部、５ｃ…接触部、７、１０…環状弾性部材、８…Ｇ１シート

Claims (11)

1. 光学素子と、
   雌ネジ部を有し、前記光学素子を保持する鏡筒本体と、
   前記雌ネジ部に締結される雄ネジ部を有する押え部材と、
   該押え部材に保持され、前記光学素子に対して、該光学素子を前記鏡筒本体に付勢する弾性部材と、を有し、
   前記雄ネジ部が前記雌ネジ部に締結された締結状態において、前記押え部材と前記弾性部材は共に前記光学素子の曲面に接触可能であり、
   前記弾性部材は、前記押え部材の少なくとも一部が前記光学素子の曲面から離れても前記光学素子の曲面に接触し続けることが可能であることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記締結状態において、前記押え部材が前記光学素子の曲面に接触することによって前記光学素子の光軸調整がなされることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記弾性部材は、環状形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記弾性部材は、径方向の厚みよりも光軸方向に長い長さを有することを特徴とする請求項３に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記押え部材は、前記弾性部材の外面と内面を挟むように前記弾性部材を保持する溝部を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
6. 前記鏡筒本体は、前記光学素子を支持する支持部を有し、
   前記支持部と前記光学素子との間に配置されたシートを更に有し、
   前記光学素子は、前記シートの上で摺動可能であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
7. 前記シートは、環状形状を有することを特徴とする請求項６に記載のレンズ鏡筒。
8. 前記弾性部材は、前記光学素子と接触する部分に潤滑機能を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
9. 前記弾性部材は、前記光軸を含む断面において前記光軸に垂直な方向の幅が変化していることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
10. 前記押え部材は、前記弾性部材が前記光学素子に接触している領域よりも前記光学素子の光軸側の領域においてのみ前記光学素子と接触することが可能であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
11. 請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を有することを特徴とする光学機器。