JP6199014B2 - レンズユニット及びこれを具えた撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像素子とレンズ鏡筒とのアオリ調整を容易に行なうことのできるレンズユニット及びこれを具えた撮像装置に関するものである。
ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子により得られた画像や動画の撮像信号をデジタル画像データに変換し、メモリなどに記憶したり、液晶表示部に表示するデジタルカメラなどの撮像装置が知られている。
この種の撮像装置では、撮像素子の撮像面の中心が、レンズ鏡筒内に配置されたレンズの光軸と一致し、また、撮像面とレンズ光軸が垂直となるように、撮像素子をレンズ鏡筒に取り付けなければならない。
撮像素子のレンズ鏡筒への取付けは、撮像素子の取り付けられた素子取付プレートをレンズ鏡筒へ取り付けることにより行なわれる。しかしながら、撮像素子や素子取付プレート、レンズやレンズ鏡筒などの各部品には個体間に製造上のバラツキがあるから、単にこれらを組み立てただけでは、撮像素子の撮像面がレンズ光軸に対して傾いてしまうことがある。このため、撮像素子の取付角度をレンズ鏡筒に対して傾き調整する所謂チルト調整を行なう必要がある。
また、チルト調整と共に、撮像素子とレンズ鏡筒との間の距離を調整する所謂フランジバック調整を行なう必要がある。
そこで、特許文献１では、素子取付プレートとレンズ鏡筒の間に複数のバネを嵌装すると共に、撮像素子をレンズ鏡筒に複数のネジで取り付けた構成を開示しており、測定機器を用いて出力画像を参照しながら、各ネジの締付量を調整することで、チルト調整とフランジバック調整(以下、これらをまとめて「アオリ調整」と称する)を行なっている。
特開２０１１−１８８２５４号公報
しかしながら、撮像素子等は非常に小さい部品であり、このアオリ調整を行なうために、複数の微小なバネを装着する作業は非常に困難である。また、微小なバネはバネ強さにバラツキがあるから、そのバラツキによりアオリ調整が困難となることもある。
また、出力画像を参照しながらアオリ調整しているから、調整作業に非常に時間が掛かってしまうこととなる。
そこで、バネに代えて複数枚のシムを重ねて配置し、アオリ調整を行なうことも提案されている。
しかしながら、シムも薄く微小な部品であるため、個々のシムをレンズ鏡筒に載せる作業は非常に困難であり、また、組立ての際にシムを取り付けるときや、メンテナンスのために撮像素子をレンズ鏡筒から取り外したときに、シムがレンズ鏡筒内に落下すると、その取出しはほぼ不能である。
本発明の目的は、撮像素子とレンズ鏡筒とのアオリ調整を容易に行なうことのできるレンズユニット及びこれを具えた撮像装置を提供することである。
本発明に係るレンズユニットは、
内部にレンズを収容し、光軸の通過する矩形の撮像窓の開設されたレンズ鏡筒と、
撮像素子と、一方の面に撮像素子が装着された素子取付プレートを具える撮像素子ユニットと、を具え、
前記撮像窓と前記撮像素子が対向するように、前記レンズ鏡筒に前記撮像素子ユニットを複数のネジにより取り付けてなるレンズユニットであって、
前記レンズ鏡筒と前記素子取付プレートとの間には、前記撮像窓の周縁に取り付けられ、前記撮像窓の少なくとも２辺に沿う形状を有するシムベースと、該シムベースの１又は複数箇所に夫々１又は複数装着されるシムからなるシムユニットが配備されている。
本発明に係るレンズユニットは、１又は複数のシムをシムベースに載置したシムユニットにより、アオリ調整を容易に行なうことができる。
シムは、予めシムベースに載置することができるから、シムを個々にレンズ鏡筒に配置する必要がない。従って、レンズユニットの組立てやメンテナンスの際にシムがレンズ鏡筒に落下すること等を防止できる。
図１は、本発明の一実施形態に係るレンズユニットを具えるデジタルカメラを斜め後方から見た斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るレンズユニットの分解斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るシムベースの斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るシムユニットの斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るシムの斜視図である。 図６は、本発明の別の実施形態に係るシムの斜視図である。 図７は、素子取付プレートを取り付けるネジに沿うレンズユニットの要部断面図である。 図８は、本発明の一実施例に係るレンズユニットのアオリ調整手順を示すフローチャートである。 図９は、最適なシムの選択を行なうシステムのブロック図である。 図１０は、本発明の他の実施形態に係るシムユニット及び撮像素子ユニットの分解斜視図である。 図１１は、本発明のさらに異なる実施形態に係るシムユニット及び撮像素子ユニットの分解斜視図である。
本発明は、アオリ調整を容易に行なうことのできるレンズユニット(20)及びこれを具えた撮像装置(10)に関し、予めアオリ調整のための補正量を算出して、算出された補正量に基づいて、アオリ調整に用いられるシムユニット(40)の厚さを予め調整した上で、レンズユニット(20)の組立てを行なうようにしたものである。
本発明の一実施形態として、レンズユニット(20)は、図１に示すように、筺体(11)の前面側に取り付けられて、デジタルカメラ等の画像や動画を撮像する撮像装置(10)を構成する。
図２は、レンズユニット(20)の分解斜視図である。レンズユニット(20)は、内部に１又は複数枚の撮像レンズを収容した筒状のレンズ鏡筒(30)と、撮像面(61)を有する撮像素子(62)を素子取付プレート(77)に取り付けて構成される撮像素子ユニット(60)との間に、アオリ調整を行なうシムユニット(40)を具える。
レンズ鏡筒(30)は、図２に示すように、基端側に撮像レンズを通過した光を撮像素子(62)へ導く矩形の撮像窓(33)が開設されており、該撮像窓(33)の周縁は、シムユニット(40)と撮像素子ユニット(60)が取り付けられるユニット取付面(31)となっている。
ユニット取付面(31)の一実施形態として、図２に示すように、矩形の撮像窓(33)の頂点の内、３つの頂点の近傍にアオリ調整ユニット(40)と撮像素子ユニット(60)をネジ止めするためのネジ孔(34)の形成されたボス(32)を突設している。より具体的には、これらボス(32)は、矩形の撮像窓(33)の重心(Ｇ)を中心とする円上に配置される。
これらボス(32)の先端をアオリ調整の基準面(37)として採用することができる。この基準面(37)は、ボス(32)(32)(32)と対応する３カ所の位置が夫々、後述するシム(51)が載置されて位置決めされるシム搭載位置(38α)(38β)(38γ)となる。なお、前記重心(Ｇ)から基準面(37)に下ろされた垂線との交点をレンズ鏡筒(30)の設計中心(Ｘ)と称する。
また、ユニット取付面(31)には、矩形の撮像窓(33)を略対角状に横切るように、アオリ調整ユニット(40)及び撮像素子ユニット(60)を位置決めするためのガイド(35)(36)が突設されている。
シムユニット(40)は、図２に示すように、矩形の撮像窓(33)の少なくとも２辺に沿う形状を有するシムベース(47)と、該シムベース(47)に載置される１又は複数のシム(51)(厚さ調整部材)を具える。
図示の実施例では、シムベース(47)は、前述のユニット取付面(31)に形成されたアオリ調整の基準面(37)となるボス(32)上に配置される。シムベース(47)は、例えば略Ｌ字状とすることができ、ネジ孔(34)とガイド(35)(36)に被さる形状としている。シムベース(47)として、薄くて撓みにくい樹脂材料を採用することができる。なお、シムベース(47)の厚さをＤ１とする(図７参照)。
シムベース(47)には、ネジ孔(34)と対向する位置に夫々ネジ孔(34)よりも径の大きいルーズ孔(44)が開設されている。このルーズ孔(44)の形成されている部分が、後述するシム(51)の取付位置となる。図示の実施例では、ルーズ孔(44)は３カ所に形成されているから、シム(51)も最大３カ所に載置することができる。
また、シムベース(47)には、ガイド(35)(36)と対向する位置にガイド(35)(36)に夫々嵌まるガイド孔(45)(46)が開設されている。一方のガイド孔(46)は、図３及び図４に示すように長孔形状としており、シムユニット(40)等のバラツキを許容し、ユニット取付面(31)に取り付けたときに、位置決めし易いようにしている。
シムベース(47)には、ルーズ孔(44)の周縁に、載置される１又は複数のシム(51)を位置決めするための位置決め機構となる位置決め突起(48)(49)が突設されている。
シムベース(47)に載置されるシム(51)は、図３乃至図６に示すように、前述したシムベース(47)のルーズ孔(44)と重なるルーズ孔(54)が開設された薄板状のリング部材とすることができる。なお、シム(51)のルーズ孔(54)は、シムベース(47)のルーズ孔(44)よりも少し小径とすることで、ルーズ孔(54)にバリがあった場合に厚さ調整への影響を抑えることができる。
シム(51)には、シムベース(47)へ位置決めするための位置決め機構となる位置決め孔(58)(59)がルーズ孔(54)の周縁に開設されている。
図示の実施例では、位置決め機構となる位置決め突起(48)の断面を角丸長方形、位置決め突起(49)の断面を円形として、位置決め突起(48)と位置決め突起(49)の形状を変えている。また、これに対応して、シム(51)に形成された位置決め孔(58)と位置決め孔(59)の形状も角丸長方形と円形としている。このように、位置決め突起(48)(49)と位置決め孔(58)(59)の形状を変えることで、シム(51)の表裏の取付ミスを防ぐことができる。
シム(51)について、さらに詳細に説明を行なうと、シム(51)は、荷重が加わっても厚みが変形し難い薄い材料を採用することができ、例えば、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)、ＰＯＭ(ポリアセタール)、ＰＣ(ポリカーボネート)、アクリルなどの熱可塑性樹脂を例示できる。
シム(51)は、アオリ調整を行なうために、複数の厚さを有するものを選択できるようにすることが望ましい。例えば、シム(51)の厚さ(Ｄ２)は、３８μｍ、７５μｍ、１２５μｍ及び１８８μｍの４種類とすることができる。
シム(51)の厚さ(Ｄ２)を外観で見分けることができるように、シム(51)の色を夫々変えたり、図５及び図６に示すように、厚さに応じて、シム(51)の周縁に切欠き(56)を形成することが望ましい。例えば、上記４種類の厚さのシム(51)であれば、色を２種類、切欠き(56)の数を図５に示すように１つ、図６に示すように２つとすることで、外観により４種類の厚さのシム(51)を見分けることができる。
シム(51)は、調整すべきチルト角度及びフランジバック量に応じて、単体又は複数種類を組み合わせて使用することができ、図７に示すように、シムベース(47)の厚さ(Ｄ１)とシム(51)の厚さ(Ｄ２)の合計(Ｄ)が、シムユニット(40)のアオリ調整のための厚さとなる。
勿論、アオリ調整が不要の場合はシムベース(47)にシム(51)を載置しないこともできる。
上記構成のシムユニット(40)は、調整すべきチルト角度及びフランジバック量に応じて、シムベース(47)の位置決め突起(48)(49)に、選択されたシム(51)の位置決め孔(58)(59)を嵌めて使用される。
シムユニット(40)は、図４に示すように、予めシムベース(47)にシム(51)を載置した状態で、図２及び図７に示すように、シムベース(47)のガイド孔(45)(46)を、レンズ鏡筒(30)のユニット取付面(31)のガイド(35)(36)に夫々嵌めることで、ユニット取付面(31)に取り付けされる。
シムユニット(40)をユニット取付面(31)に取り付けた状態で、その上から撮像素子ユニット(60)が取り付けられる。
撮像素子ユニット(60)は、図２に示すように、アルミニウム合金等の金属製の素子取付プレート(77)の一方の面に、センサ基板(63)を介してＣＣＤやＣＭＯＳなど、撮像面(61)を有する撮像素子(62)を取り付けて構成することができる。センサ基板(63)は、フレキシブル基板(65)等により、撮像装置(10)の制御系に電気的に接続することができる。
素子取付プレート(77)には、前述したユニット取付面(31)のネジ孔(34)に対応した位置に夫々ネジ孔(34)よりも径の大きいルーズ孔(74)が開設されている。また、ユニット取付面(31)のガイド(35)(36)と対応した位置にガイド孔(75)(76)が開設されている。なお、ガイド孔(76)は、撮像素子ユニット(60)等の成型精度のバラツキを許容し、位置決めを容易にするために長孔形状としている。
上記構成の撮像素子ユニット(60)は、図２及び図７に示すように、レンズ鏡筒(30)にシムユニット(40)を取り付けた状態で、ガイド(35)(36)にガイド孔(75)(76)を嵌め、ルーズ孔(74)にネジ(84)を挿通し、ネジ(84)をユニット取付面(31)のネジ孔(34)にネジ止めされて、レンズユニット(20)を作製することができる。
前記ネジ(84)に沿う拡大断面図を参照するとわかるとおり、ユニット取付面(31)の基準面(37)となるボス(32)上にシムユニット(40)が載置され、該シムユニット(40)のシム(51)上に撮像素子ユニット(60)が載置されることとなる。
本発明では、レンズ鏡筒(30)の光軸Ａのずれと、撮像素子ユニット(60)のずれに応じて、シムユニット(40)の厚さ(Ｄ)を決定し、シムユニット(40)が所望の厚さ(Ｄ)となるように、シム搭載位置(38α)(38β)(38γ)におけるシム(51)を選択し、予めシムベース(47)にシム(51)を載置しておくことができる。従って、レンズユニット(20)の組立ての際には単にレンズ鏡筒(30)のユニット取付面(31)にシムユニット(40)を載せ、続いて撮像素子ユニット(60)を載せてネジ(84)止めするだけで、撮像素子ユニット(60)の取付けと同時にアオリ調整も行なうことができる。
上記構成のレンズ鏡筒(30)、シムユニット(40)及び撮像素子ユニット(60)は、フローチャート図８に示す要領で組み立てることができる。
レンズ鏡筒(30)の光軸(図２中矢印Ａで示す)の傾き(ずれ)と、撮像素子ユニット(60)の素子取付プレート(77)と撮像面(61)との平行度(ずれ)を予め測定する。
レンズ鏡筒(30)の光軸Ａの傾きは、シムユニット(40)と当接するボス(32)の基準面(37)の設計中心(Ｘ)からの厚さ方向のずれを補正量(Ｃ１)とすることができる。
撮像素子ユニット(60)のずれは、撮像面(61)の高さ情報に基づいて、素子取付プレート(77)の前記ボス(32)にネジ(84)止めされるルーズ孔(74)の設計中心(前記基準面(37)の設計中心(Ｘ)と対向する位置)からの厚さ方向のずれを補正量(Ｃ２)とすることができる。
測定されたずれの情報は、個々のレンズ鏡筒(30)と撮像素子ユニット(60)毎にＱＲ(Quick Response)情報(39)(69)として、シールなどでレンズ鏡筒(30)と撮像素子ユニット(60)に付しておく。また、管制ＰＣ(90)にその情報を記憶しておく(ステップＳ１及び図９)。
なお、上記ずれの情報は、ＱＲ情報ではなく、バーコードとすることもできる。また、管制ＰＣ(90)にレンズ鏡筒(30)と撮像素子ユニット(60)の個々の機器番号と、対応するずれの情報を記憶しておくこともできる。
レンズユニット(20)を組み立てる際には、まず、複数のレンズ鏡筒(30)と、複数の撮像素子ユニット(60)の中から、夫々１つずつレンズ鏡筒(30)と撮像素子ユニット(60)を取り出してペアとする。
ペアとされたレンズ鏡筒(30)と撮像素子ユニット(60)は、夫々のＱＲ情報を光学的に読み出す(ステップＳ２)。読み出されたＱＲ情報は、図９に示す管制ＰＣ(90)のＱＲコード(登録商標)情報取得部(91)に送られる。
演算回路(93)は、ＱＲコード情報取得部(91)にて得られたＱＲ情報から、予め記憶されたレンズ鏡筒(30)のずれの厚さ方向の補正量(Ｃ１)と、撮像素子ユニット(60)のずれを厚さ方向の補正量(Ｃ２)を呼び出し、各点における補正量(Ｃ)を算出する(ステップＳ３)。より具体的には、補正量(Ｃ)は、Ｃ１＋Ｃ２となる。
算出された補正量(Ｃ)は、シム組合せ選択部(95)に送信され、シムユニット(40)の各シム搭載位置(38α)(38β)(38γ)における厚さ(Ｄ)が、夫々算出された各位置(38α)(38β)(38γ)における補正量(Ｃ)となるように、シム(51)の全組合せを算出した上で、各位置(38α)(38β)(38γ)に載置すべきシム(51)の厚さ(Ｄ２)を決定する(ステップＳ４)。より具体的には、Ｃ(＝Ｄ)＝Ｄ１＋Ｄ２である。なお、シム(51)を上記のように厚さの異なる４種類としたときには、Ｄ１＋Ｄ２が補正量(Ｃ)に最も近づくシム(51)を選択すればよい。
なお、算出された補正量(Ｃ)が、シムユニット(40)により補正可能な値を超えている場合には、アオリ調整を行なうことができないから、レンズ鏡筒(30)と撮像素子ユニット(60)のペアを他と変えるようにすればよい。
シム組合せ選択部(95)にて選択されたシム(51)の組合せは、モニタ(97)上に表示することができる。組立作業者は、モニタ(97)を参照しながら、選択されたシム(51)をシムベース(47)に夫々配置して、シムユニット(40)を作製する(ステップＳ５)。
作製されたシムユニット(40)と、前述のペアとなったレンズ鏡筒(30)及び撮像素子ユニット(60)の組立てを行なう(ステップＳ６)。
具体的には、レンズ鏡筒(30)に作製されたシムユニット(40)を載置し、さらに、撮像素子ユニット(60)を載置して、所定のトルクでネジ(84)止めして、レンズユニット(20)を作製することができる。
作製されたレンズユニット(20)は、予め厚さ調整されたシムユニット(40)によりネジ(84)止めするだけで、組立て及びアオリ調整を行なうことができ、これらに要する時間を可及的に短くすることができる。
組み立てられたレンズユニット(20)は、所期のアオリ調整が達成されているかどうか、実際に光を入射して撮像状態を確認することで製品組立ては終了する(ステップＳ７)。
前述のように、シムユニット(50)は、シムベース(47)に予めシム(51)を載置した状態で、レンズ鏡筒(30)のユニット取付面(31)に配置できる。これによって、個々のシムをユニット取付面(31)に直接配置する場合と比較して、作業効率を向上させることができ、また、シム(51)がレンズ鏡筒(30)内に脱落してしまうこともない。
メンテナンス等において、レンズユニット(20)を分解する場合でも、シムユニット(40)ごと取り外しすることができ、個々のシム(51)がレンズ鏡筒(30)内に脱落してしまうことも防止できる。
また、本発明によれば、予めレンズ鏡筒(30)と撮像素子ユニット(60)のずれから、その補正量を算出し、シムベース(47)に載置する最適な厚さのシム(51)を選択することができるから、組立て後にアオリ調整を行なう場合に比して、組立て及び検査作業を低減できる。
なお、上記では、レンズ鏡筒(30)と撮像素子ユニット(60)の補正量(Ｃ)のみをシムユニット(40)の厚さ(Ｄ)で補正しているが、例えば、レンズ鏡筒(30)や撮像素子ユニット(60)のロット毎に固有の誤差や組立て時における固有の誤差が生じる場合や、シムユニット(40)を両面テープなどでレンズ鏡筒(30)又は撮像素子ユニット(60)に取り付ける場合には、これらの値を補正量(Ｃ)にフィードバックして、シムユニット(40)の厚さ(Ｄ)を決定することが望ましい。
本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
たとえば、シムユニット(50)は、シムベース(47)にシム(51)を取り付けた後、先に撮像素子ユニット(60)と組立状態にして、レンズ鏡筒(30)に配置することもできる。
この実施例として、図１０に示すように、シムベース(47)に、２つの弾性変形可能なフック(41)を突設し、素子取付プレート(77)に前記フック(41)が係合可能な凹部(71)を形成する構成を例示できる。シムユニット(40)の位置決めを容易にするために、シムベース(47)に位置決め突起(42)(42)を突設し、素子取付プレート(77)には、前記位置決め突起(42)(42)が嵌まる位置決め孔(72)(72)を形成してもよい。
また、図１１に示すように、シムユニット(40)には、ネジ孔(43)を形成し、素子取付プレート(77)にルーズ孔(73)を形成して、ネジ(83)止めにより、シムユニット(40)と撮像素子ユニット(60)を一体化しておくこともできる。
上記のように、シムユニット(40)を撮像素子ユニット(60)と予め一体化しておくことで、シム(51)はシムベース(47)と素子取付プレート(77)に挟まれて脱落することはないから、これらの取り扱いをより容易にすることができる。
また、シムベース(47)は、Ｌ字状に限定されず、コ字状、矩形孔を有する枠状など、種々選択可能である。
使用するシム(50)の厚さや形状も、上記は一実施例であり、数値等は本発明で挙げたものに限定されるものではないことは勿論である。例えば、シム(50)を５種類以上用いたり、複数枚重ねて厚さ調整するようにしてもよい。
また、アオリ調整の手順として、レンズ鏡筒(17)と撮像素子ユニット(60)との間にシムユニット(40)を挟んで仮組立てを行なってからレンズ光軸Ａに対する撮像面(61)の傾きを測定し、アオリ調整しながら再度組み立てることもできる。
本発明は、撮像素子とレンズ鏡筒とのアオリ調整を容易に行なうことのできるレンズユニット及びこれを具えた撮像装置として有用である。
(10) デジタルカメラ(撮像装置)
(20) レンズユニット
(30) レンズ鏡筒
(33) 撮像窓
(40) シムユニット
(47) シムベース
(51) シム
(60) 撮像素子ユニット
(62) 撮像素子
(77) 素子取付プレート
(84) ネジ

Claims (4)

  1. 内部にレンズを収容し、光軸の通過する矩形の撮像窓の開設されたレンズ鏡筒と、
    撮像素子と、一方の面に撮像素子が装着された素子取付プレートを具える撮像素子ユニットと、を具え、
    前記撮像窓と前記撮像素子が対向するように、前記レンズ鏡筒に前記撮像素子ユニットを複数のネジにより取り付けてなるレンズユニットであって、
    前記レンズ鏡筒と前記素子取付プレートとの間には、前記撮像窓の周縁に取り付けられ、前記撮像窓の少なくとも２辺に沿う形状を有するシムベースと、該シムベースの１又は複数箇所に夫々１又は複数装着されるシムからなり、シムを載置した状態で前記レンズ鏡筒あるいは前記素子取付プレートからシムユニットのみ取り外し可能なシムユニットが配備され、
    前記レンズ鏡筒の前記撮像窓の周縁に設けられたユニット取付面には前記ネジの取り付け位置と異なる位置にガイドが突設されており、前記シムベースには、前記ガイドと対向する位置に前記ガイドに嵌まる第１のガイド孔が開設されており、前記素子取付プレートには、前記ガイドと対向する位置に前記ガイドに嵌まる第２のガイド孔が開設されていることを特徴とするレンズユニット。
  2. 前記シムは、異なる厚さのものを選択可能である、請求項１に記載のレンズユニット。
  3. 前記シムベースと前記シムは、前記シムを回転不能に位置決めする位置決め機構を具備する、請求項１又は請求項２に記載のレンズユニット。
  4. 前記位置決め機構は、前記シムベースに突設された位置決め突起と、前記シムに開設され、前記位置決め突起に嵌まる位置決め孔である、請求項３に記載のレンズユニット。
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