JP6525510B2 - 光学装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック製レンズを用いた光学系を有する光学装置に関し、特にレンズの保持構造に関する。

プラスチック製レンズをレンズ保持枠等の保持部材によって保持する構造として、レンズに一体に設けた突起部（ピン）を保持部材に形成した穴部に嵌合させる構造がある。

特許文献１には、プラスチック製レンズに４つのピン（第１〜第の４ピン）を設け、保持部材にこれら４つのピンのそれぞれに対応する４つの穴部（第１〜第４の穴部）を設けた構造が開示されている。第１のピンが第１の穴部にその全周において嵌合するとともに、第４のピンが第１の穴部の方向に延びる長穴部としての第４の穴部に挿入されることで、保持部材に対してレンズが位置決めされる。また、第２および第３のピンは、それらの外径より大きな内径を有する第２および第３の穴部に挿入される。そして、第１〜第３の穴部に挿入された第１〜第３のピンの先端が熱かしめによって潰されることで、レンズと保持部材とが固定される。

また、特許文献２には、プラスチック製レンズに３つのピン（第１〜第３のピン）を設け、保持部材にこれら３つのピンのそれぞれに対応する３つの穴部（第１〜第３の穴部）を設けた構造が開示されている。第１〜第３の穴部はいずれも光軸から径方向に延びる長穴部として形成されており、これら第１〜第３の穴部のそれぞれに第１〜第３のピンが径方向への変位を許容された状態で挿入されて、レンズが保持部材に保持される。レンズは、一端が固定部材に当接した弾性部材の他端によって保持部材に押し付けられることで保持部材に固定される。

特開２００４−１８４７８７号公報 特開平０４−０２４０６０８号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された構造では、互いに異なる材料により形成されたレンズと保持部材との線膨張係数の違いから、例えば、環境温度の上昇によってレンズが保持部材よりも大きく膨張する場合がある。この場合、第１〜第３のピンが熱かしめによって保持部材に固定されているレンズは、その膨張力を光軸に直交する径方向に逃がすことができないために、光軸方向にも膨張する。そして、このレンズの光軸方向への膨張によってレンズ面の曲率が変化したりレンズ面に歪みが生じたりしてしまい、光学性能が劣化する。

一方、特許文献２にて開示された構造では、保持部材に形成された第１〜第３の穴部（長穴部）のすべてがレンズに設けられた第１〜第３のピンの径方向への変位を許容するため、上述した特許文献１の構造における問題を回避することが可能である。しかし、特許文献２の構造においてレンズを保持部材に対してガタなく位置決めするためには、レンズの第１〜第３のピンと保持部材の第１〜第３の穴部の位相関係やピン外径と長穴幅の関係に対して非常に厳しい精度が要求され、製造が困難であるという問題がある。

本発明は、厳しい製造精度が要求されることなく、プラスチック製レンズを保持部材によって良好に位置決め保持しつつ、温度変化による光学性能の劣化も回避することができるようにした光学装置およびこれを用いた撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての光学装置は、長辺と短辺を有する矩形の撮像面上に光学像を形成する光学系を有する。該光学装置は、光学系に含まれるプラスチック製レンズと、該プラスチック製レンズを保持する保持部材と、プラスチック製レンズを保持部材に対して光学系の光軸方向から押し付ける押圧部材とを有する。そして、プラスチック製レンズおよび保持部材のうち一方である第１の部材は、それぞれ光軸方向に延びる突起部であって、撮像面の短辺に平行な方向において光学系の光軸を挟んで互いに反対側に、かつ光学系の光軸を含んで撮像面の長辺に直交する平面上に位置するように設けられた第１の突起部および第２の突起部を有する。さらに、プラスチック製レンズおよび保持部材のうち他方である第２の部材は、第１の突起部が挿入されることで撮像面の長辺および短辺のそれぞれに平行な方向への該第１の突起部の変位を阻止する第１の穴部と、第２の突起部が挿入されることで上記長辺に平行な方向への該第２の突起部の変位を阻止するとともに上記短辺に平行な方向での該第２の突起部との相対変位を許容する第２の穴部とを有することを特徴とする。

なお、上記光学装置と、矩形の撮像面を有して光学像を光電変換する撮像素子とを有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、プラスチック製レンズを、第１の突起部および第１の穴部を基準として保持部材に対して良好に位置決めすることができる。また、プラスチック製レンズの径方向（撮像面の短辺に平行な方向）への膨張・収縮による第２の突起部と第２の穴部との相対変位が許容されているため、レンズの光軸方向への膨張・収縮およびこれに伴うレンズ面の曲率の変化や歪みの発生を回避することができる。しかも、プラスチック製レンズの径方向での膨張・収縮により該レンズの光軸の位置が膨張・収縮前の位置から径方向に変位しても、その変位の方向が撮像面の短辺に平行な方向になる。このため、光軸が他の方向に変位する場合に比べて、撮像面上に形成される光学像への影響を抑えることができる。

本発明の実施例１であるレンズ鏡筒（および撮像装置）の断面図。 実施例１のレンズ鏡筒の分解斜視図。 実施例１におけるプラスチック製レンズの物体側および像側からの斜視図。 本発明の実施例２であるレンズ鏡筒の断面図。 実施例２のレンズ鏡筒の分解斜視図 実施例２におけるプラスチック製レンズの物体側および像側からの斜視図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１および図２には、本発明の実施例１である光学装置としてのレンズ鏡筒の構成を示している。これらの図においては、左側が物体側（被写体側）を示し、右側が像側（撮像面側）を示している。また図１は、レンズ鏡筒の光軸を含んで後述する撮像面の長辺に直交する（長辺の中央を通る）平面を示している。

レンズ鏡筒６は、フィルムカメラ、デジタルスチルカメラ、アナログまたはデジタルビデオカメラ等の撮像装置１０に一体的に設けられている。５は撮像装置１０内に設けられた撮像素子であり、図２に示すように長辺と短辺を有する矩形の撮像面５ａを有する。撮像素子５は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成される。なお、レンズ鏡筒６を、一眼レフカメラやミラーレスカメラ等のレンズ交換式カメラに着脱される交換レンズとして用いてもよい。

１はプラスチック製レンズであり、４はガラス製レンズである。これらレンズ１，４により、矩形の撮像面上に物体像（光学像）を形成する光学系が構成される。なお、図示はしていないが、光学系には、他のレンズや、絞りや、光学フィルタその他の光学素子が含まれていてもよい。ＡＸは光学系（および各レンズ）の光軸であり、以下の説明において光軸ＡＸが延びる方向を光軸方向という。２はレンズ１，４を保持する保持部材としてのレンズ保持枠であり、プラスチック製レンズ１の材料とは異なるプラスチック材料により形成されている。

図３には、物体側および像側の斜めから見たプラスチック製レンズ１を示している。プラスチック製レンズ１のレンズ部上に点線で示した矩形枠１ｅは、撮像面５ａに結像される光線が通過する範囲を示しており、それぞれ撮像面５ａの長辺と短辺に平行な長辺と短辺とを有する。

プラスチック製レンズ１は、そのレンズ部の周囲に周縁部１ｆを有する。周縁部１ｆにおけるレンズ保持枠２側の面（像側の面）には、それぞれ光軸方向に延びる円筒形状の第１の突起部および第２の突起部としての第１のピン１ａおよび第２のピン１ｂがレンズ１に一体成形されている。第１および第２のピン１ａ，１ｂは、撮像面５ａの長辺に平行な方向での中央に、該撮像面５ａの短辺に平行な方向において光軸ＡＸを挟んで互いに反対側に位置するように設けられている。

また、レンズ保持枠２のフランジ部２ｃにおけるプラスチック製レンズ１側の面（物体側の面）には、円形の第１の穴部としての基準穴部２ａと、撮像面５ａの短辺に平行な方向に長い穴形状を有する第２の穴部としての長穴部２ｂとが形成されている。基準穴部２ａと長穴部２ｂも、撮像面５ａの長辺に平行な方向での中央に、該撮像面５ａの短辺に平行な方向において光軸ＡＸを挟んで互いに反対側に位置するように設けられている。

基準穴部２ａは、ここに第１のピン１ａが挿入されてその外周面全体が嵌合することで、光軸ＡＸに直交する面内での（すなわち、撮像面５ａの長辺および短辺のそれぞれに平行な方向への）該第１のピン１ａの変位を阻止する。一方、長穴部２ｂは、ここに第２のピン１ｂが挿入され、その外周面が長穴部２ｂの幅方向にて嵌合することで、撮像面５ａの長辺に平行な方向での該第２のピン１ｂの変位を阻止する。また、長穴部２ｂは、撮像面５ａの短辺に平行な方向に第２のピン１ｂの外径よりも大きな長さを有しており、該短辺に平行な方向での第２のピン１ｂとの相対変位を許容する。このように第１および第２のピン１ａ，１ｂがそれぞれ基準穴部２ａおよび長穴部２ｂに挿入されることで、第１のピン１ａおよび基準穴部２ａを基準として、プラスチック製レンズ１がレンズ保持枠２に対して光軸ＡＸに直交する面内で位置決めされる。

なお、本実施例では、プラスチック製レンズ１を第１および第２のピン１ａ，１ｂを有する第１の部材として用い、レンズ保持枠２を基準穴部２ａおよび長穴部２ｂを有する第２の部材として用いる場合について説明する。ただし、プラスチック製レンズ１を第２の部材として用い、レンズ保持枠２を第１の部材として用いてもよい。

レンズ鏡筒６の組み立て方法について説明する。まず、プラスチック製レンズ１をレンズ保持枠２に対して組み込む。すなわち、プラスチック製レンズ１の第１および第２のピン１ａ，１ｂをレンズ保持枠２の基準穴部２ａおよび長穴部２ｂに挿入する。そして、プラスチック製レンズ１の周縁部１ｆにおけるレンズ保持枠２側の面を、レンズ保持枠２のフランジ部２ｃにおけるプラスチック製レンズ１側の面に当接させる。レンズ保持枠２は、撮像装置１０の本体に、光軸ＡＸ回りで回転できないように保持される。このため、光軸ＡＸ回りでのプラスチック製レンズ１と撮像面５ａとの位相関係は不変である。したがって、プラスチック製レンズ１の第１および第２のピン１ａ，１ｂとレンズ保持枠２の基準穴部２ａおよび長穴部２ｂはそれぞれ、常に撮像面５ａ（枠１ｅ）の短辺と平行な方向において光軸ＡＸを挟んで互いに反対側に配置される。

次に、ガラス製レンズ４をレンズ保持枠２に対して組み込み、接着、カシメまたは押え環を用いる等の方法によってガラス製レンズ４のレンズ保持枠２に対する光軸方向での位置を固定する。このとき、押圧部材としてのガラス製レンズ４の周縁部におけるプラスチック製レンズ１側の面を、プラスチック製レンズ１の周縁部１ｆにおけるガラス製レンズ４側の面に光軸方向から押し付けるように当接させる。これにより、プラスチック製レンズ１のレンズ保持枠２に対する光軸方向の位置も固定される。

なお、本実施例では、ガラス製レンズ４を押圧部材として用いる場合について説明するが、押え環等の他の押圧部材によってプラスチック製レンズ１をレンズ保持枠２に対して光軸方向から押し付けてもよい。

ここで、レンズ鏡筒６（撮像装置１０）の環境温度が変化すると、プラスチック製レンズ１とレンズ保持枠２の材料の線膨張係数（膨張率）が異なることから、それらのうち一方が他方に比べて光軸ＡＸに直交する方向（径方向）により大きく膨張または収縮する。そして、この膨張・収縮量の差は、第１のピン１ａと基準穴部２ａを基準とした第２のピン１ｂと長穴部２ｂとの撮像面５ａの短辺に平行な方向での相対変位によって吸収される。このため、プラスチック製レンズ１が光軸方向に膨張・収縮して、そのレンズ面の曲率が変化したりレンズ面に歪みが生じたりすることは回避される。

ただし、上述した相対変位に伴い、プラスチック製レンズ１の光軸が、光学系の本来の光軸ＡＸの位置に対して撮像面５ａの短辺に平行な方向にずれる。具体的には、プラスチック製レンズ１の膨張率がレンズ保持枠２の膨張率より大きい場合には、高温時はプラスチック製レンズ１の光軸が本来の光軸ＡＸ（ガラス製レンズ４の光軸）に対して第１のピン１ａおよび基準穴部２ａから離れる方向にずれる。低温時はその逆方向にずれる。また、プラスチック製レンズ１の膨張率がレンズ保持枠２の膨張率より小さい場合には、高温時はプラスチック製レンズ１の光軸が本来の光軸ＡＸに対して第１のピン１ａおよび基準穴部２ａに近づく方向にずれ、低温時はその逆方向にずれる。一方、撮像面５ａの長辺に平行な方向については、第２のピン１ｂと長穴部２ｂとの相対変位が許容されていないため、プラスチック製レンズ１とレンズ保持枠２の膨張・収縮量の差があっても光軸のずれは発生しない。

このように、本実施例では、プラスチック製レンズ１とレンズ保持枠２において、第１のピン１ａとこれが挿入される基準穴部２ａに対して、第２のピン１ｂとこれが挿入される長穴部２ｂを撮像面５ａの短辺に平行な方向に配置した。さらに、長穴部２ｂを、撮像面５ａの短辺に平行な方向に長い形状とした。これらによって、環境温度が変化した場合に、プラスチック製レンズ１の光軸が、光学系の本来の光軸ＡＸに対して、撮像面５ａの短辺に平行な方向にずれるが、撮像面５ｂの長辺に平行な方向にはずれないようにすることができる。つまり、プラスチック製レンズ１の光軸が光学系の本来の光軸ＡＸに対してずれる（以下、軸ずれが発生するという）方向を、撮像面５ａの短辺に平行な方向に制限することができる。

プラスチック製レンズ１の軸ずれが発生することで光学系の光学性能が劣化するが、一般的には、撮像面５ａにおいてその中心（光軸ＡＸ）の位置から離れるほど、光学性能の劣化による光学像（つまりは画質）への影響が大きくなる。つまり、撮像面５ａの中心付近では軸ずれによる画質の劣化はあまり目立たないが、軸ずれが生じている方向での周辺部では画質の劣化が目立ち、特にずれたプラスチック製レンズ１の光軸位置からの距離が遠いほど画質の劣化が顕著になる。これに対して、本実施例では、軸ずれが発生する方向を撮像面５ａの短辺に平行な方向のみに制限している。これにより、撮像面５ａの長辺に平行な方向や撮像面５ａの対角方向等の他の方向に軸ずれが発生する場合に比べて、撮像面５ａの周辺部での画質の劣化が目立たないようにすることができる。

また、プラスチック製レンズ１およびガラス製レンズ４はいずれも環境温度の変化に伴って常温時よりも径方向に膨張または収縮する。ただし、膨張率の差によって、プラスチック製レンズ１とガラス製レンズ４とではプラスチック製レンズ１の方がより大きく膨張または収縮する。この大きな膨張・収縮を逃がすために、プラスチック製レンズ１の周縁部１ｆにおけるガラス製レンズ４側の面が、ガラス製レンズ４の周縁部におけるプラスチック製レンズ１側の面に対して良好な滑り性を有することが求められる。これは、滑り性が低いと、プラスチック製レンズ１の径方向での膨張・収縮に抵抗が生じ、その結果、プラスチック製レンズ１が光軸方向に膨張・収縮して、前述したように、そのレンズ面の曲率が変化したりレンズ面に歪みが生じたりするためである。

プラスチック製レンズ１の周縁部１ｆにおけるガラス製レンズ４側の面は、プラスチック製レンズ１を成形するための金型における対応面を滑らかにすることで、良好な滑り性を有する平滑面とすることができる。しかし、ガラス製レンズ４の周縁部におけるプラスチック製レンズ１側の面については、ガラス製レンズ４の製造上の都合によって粗面、すなわち滑り性が低い面になることが多い。

このため、本実施例では、ガラス製レンズ４の周縁部におけるプラスチック製レンズ１側の面を、プラスチック製レンズ１の周縁部１ｆにおけるガラス製レンズ４側の面と同様に平滑面とするように、仕上げ加工している。これにより、プラスチック製レンズ１の周縁部１ｆとガラス製レンズ４の周縁部の互いに当接する面間の良好な滑り性を確保でき、プラスチック製レンズ１の径方向での膨張・収縮に抵抗が生じることが回避することができる。

図４および図５には、本発明の実施例２である光学装置としてのレンズ鏡筒の構成を示している。これらの図においても、左側が物体側（被写体側）を示し、右側が像側（撮像面側）を示している。また、図６には、物体側および像側の斜めから見た本実施例にて用いられるプラスチック製レンズ１′を示している。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付して説明に代える。

実施例１で説明したように、ガラス製レンズ４の周縁部におけるプラスチック製レンズ側の面については、仕上げ加工して平滑面にすることが望ましい。しかし、仕上げ加工を追加することによって、ガラス製レンズ４およびレンズ鏡筒６を製造するための工程数やコストが増加する。このため、本実施例では、プラスチック製レンズ１′の周縁部１ｆにおけるガラス製レンズ４側の面とガラス製レンズ４の周縁部におけるプラスチック製レンズ１′側の面との間に、滑り性を与える滑り部材としてのリング状の滑りシート３を配置している。

これにより、ガラス製レンズ４に上記仕上げ加工をする場合よりも簡易にプラスチック製レンズ１′の周縁部１ｆにおけるガラス製レンズ４側の面とガラス製レンズ４の周縁部におけるプラスチック製レンズ１側の面との間の良好な滑り性を確保することができる。

さらに、本実施例では、プラスチック製レンズ１′の周縁部１ｆにおけるガラス製レンズ４側の面（滑りシート３側の面）の光軸回り方向の複数箇所に、光軸方向に突出する凸平面形状を有する凸当接部１ｇ（第２、第３の当接部）を設けている。これら凸当接部１ｇの平面が滑りシート３との当接面となる。これにより、プラスチック製レンズ１′の周縁部１ｆにおける滑りシート３側の面がその全面で滑りシート３に接触する場合よりも接触面積を減らすことができ、より良好な滑り性を確保することができる。なお、本実施例では、滑りシート３と凸当接部１ｇの双方を設けたが、これらのうち一方のみを設けてもよい。

また、本実施例では、プラスチック製レンズ１′の周縁部１ｆにおけるレンズ保持枠２側の面の光軸回り方向の複数箇所にも、光軸方向に突出する凸平面形状を有する凸当接部１ｄ（第１の当接部）を設けている。これら凸当接部１ｄの平面がレンズ保持枠２のフランジ部２ｃにおけるプラスチック製レンズ１′側の面との当接面となる。これにより、プラスチック製レンズ１′の周縁部１ｆにおけるレンズ保持枠２側の面がその全面でレンズ保持枠２のフランジ部２ｃに接触する場合よりも接触面積を減らすことができる。したがって、プラスチック製レンズ１′の周縁部１ｆのレンズ保持枠２に対するより良好な滑り性を確保することができる。

なお、凸当接部１ｄ，１ｇは、光軸回り方向にて概ね等間隔で３箇所以上設けることが望ましい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ プラスチック製レンズ
１ａ 第１のピン
１ｂ 第２のピン
２ レンズ保持枠
２ａ 基準穴部
２ｂ 長穴部
４ ガラス製レンズ
５ａ 撮像面
６ レンズ鏡筒

Claims (7)

1. 長辺と短辺を有する矩形の撮像面上に光学像を形成する光学系を有する光学装置であって、
   前記光学系に含まれるプラスチック製レンズと、
   該プラスチック製レンズを保持する保持部材と、
   前記プラスチック製レンズを前記保持部材に対して前記光学系の光軸方向から押し付ける押圧部材とを有し、
   前記プラスチック製レンズおよび前記保持部材のうち一方である第１の部材は、それぞれ前記光軸方向に延びる突起部であって、前記短辺に平行な方向において前記光学系の光軸を挟んで互いに反対側に、かつ前記光軸を含んで前記長辺に直交する平面上に位置するように設けられた第１の突起部および第２の突起部を有し、
   前記プラスチック製レンズおよび前記保持部材のうち他方である第２の部材は、前記第１の突起部が挿入されることで前記長辺および前記短辺のそれぞれに平行な方向への該第１の突起部の変位を阻止する第１の穴部と、前記第２の突起部が挿入されることで前記長辺に平行な方向への該第２の突起部の変位を阻止するとともに前記短辺に平行な方向での該第２の突起部との相対変位を許容する第２の穴部とを有することを特徴とする光学装置。
2. 前記押圧部材は、前記光学系に含まれるガラス製レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記押圧部材と前記プラスチック製レンズとの間に滑り性を与える滑り部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
4. 前記第１および第２の部材のうち一方における光軸回り方向での複数箇所に、前記光軸方向に突出する凸平面形状を有して、前記第１および第２の部材のうち他方に前記光軸方向において当接する第１の当接部が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学装置。
5. 前記プラスチック製レンズと前記押圧部材のうち一方における光軸回り方向での複数箇所に、前記光軸方向に突出する凸平面形状を有して、前記プラスチック製レンズと前記押圧部材のうち他方に前記光軸方向において当接する第２の当接部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学装置。
6. 前記プラスチック製レンズにおける光軸回り方向の複数箇所に、前記光軸方向に突出する凸平面形状を有して前記滑り部材に前記光軸方向において当接する第３の当接部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の光学装置と、
   矩形の撮像面を有し、前記光学像を光電変換する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。