JP6740487B2 - レンズユニット - Google Patents

Description

本発明は、レンズユニットに関する。

複数のレンズを備え、特定の被写体に焦点を合わせるフォーカス機構をもつレンズユニットが知られている。こうしたレンズユニットは、外筒と、レンズ光学系を保持するレンズ保持枠とを備えており、レンズ保持枠は、外筒に収容され、フォーカス調節のため外筒内部において光軸方向に移動する。外筒にはレンズ保持枠に対して光軸回りの周方向に回転するフォーカスリングが設けられており、ユーザによってフォーカスリングが回転操作されると、レンズ保持枠が光軸方向に移動する（例えば特許文献１参照）。

外筒には、レンズ保持枠を光軸方向の所望のフォーカス位置に固定するためのネジやボルトなどの締結部材が設けられている。締結部材は外筒を貫通しており、外筒の一部を構成するフォーカスリングの外周面と当接して、レンズ保持枠を所望のフォーカス位置に固定する。

また、レンズ保持枠は、外筒に対して光軸方向に移動自在に保持されるため、外筒の内周面とレンズ保持枠の外周面には隙間がある。このような隙間があると、隙間に起因して、レンズ保持枠が外筒に対して振動する。こうした振動が発生すると、レンズ保持枠の位置が、径方向、光軸方向および光軸を中心とする周方向などの種々の方向に移動する。レンズ保持枠の位置が種々の方向に移動すると、例えば、ＣＣＤ（Charged-coupled devices）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary metal-oxide-semiconductor）イメージセンサなどの各種イメージセンサに結像する被写体の範囲がイメージセンサの撮像面に対して変動する。

特許文献１には、こうしたレンズ保持枠の振動を抑制するための振動対策部材として弾性リング（Ｏリング）が設けられている。弾性リングは、レンズ保持枠の外周面に周方向に沿って形成された環状の溝に嵌合している。弾性リングは、レンズ保持枠が外筒に組み付けられた場合に、外筒の内周面に圧接される。これにより、レンズ保持枠の外周面と外筒の内周面との間の隙間に起因して生じる、レンズ保持枠の振動が抑制される。

特開昭６２−０３４１１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような弾性リング（Ｏリング）などの振動対策部材を追加するという方法は、レンズユニットの構成部品の他に新たに振動対策部材を追加する方法であるため、部品点数の増加に伴って構造の複雑化、大型化、さらには組み立て適正の悪化を招くという問題があった。

本発明は、部品点数を増加させることなく、外筒に対して光軸方向に移動するレンズ保持枠について、外筒との隙間に起因して生じる振動を抑制することができるレンズユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレンズユニットは、外筒と、レンズ保持枠と、可撓性枠体部と、当接部とを備えている。レンズ保持枠は、レンズ光学系を保持するレンズ保持枠であって、かつ、外筒内に収容され、外筒に対してレンズ光学系の光軸と平行な光軸方向に移動自在である。可撓性枠体部は、レンズ保持枠の少なくとも一部を構成し、可撓性を有する材料で形成され、かつ、筒状をしている。当接部は、可撓性枠体部と一体に設けられ、弾性変形して復元力を発生した状態で外筒の内周面と当接して、レンズ保持枠の外周面と外筒の内周面との間の隙間に起因して生じる振動を防止する。

当接部は、可撓性枠体部の外周面に形成された切り込みで画定される梁状部であり、梁状部には、梁状部の周囲よりも外筒の内周面に向かって突き出している凸部が形成されていることが好ましい。

梁状部は、一端が自由端で他端が固定端となる片持ち梁であることが好ましい。

片持ち梁において、凸部は自由端に配置され、梁行き方向と直交する方向が長手方向となる細長形状をしていることが好ましい。

梁状部は、可撓性枠体部の外周面上に複数個設けられていることが好ましい。

光軸方向においてレンズ光学系の物体側を前側、像側を後側とした場合において、梁状部は、可撓性枠体部の光軸方向において間隔を空けてそれぞれ設けられる前側梁状部および後側梁状部を含むことが好ましい。

梁状部は、可撓性枠体部の光軸回りの周方向に間隔を空けて複数箇所に設けられることが好ましい。

梁状部は周方向において２箇所に設けられており、２箇所の各梁状部の間隔は、１２０°または９０°であることが好ましい。

前側梁状部および後側梁状部は、それぞれ、光軸回りの周方向に間隔を空けて複数箇所に設けられていることが好ましい。

複数箇所に設けられる前側梁状部および後側梁状部の周方向の位置は同じであることが好ましい。

外筒に設けられ、光軸を中心とする周方向に回転操作される操作リングであって、回転操作された場合に、レンズ保持枠を光軸方向に移動させる操作リングを備えており、可撓性枠体部において、前側梁状部または後側梁状部の一方が、操作リングの内周面と当接することが好ましい。

操作リングの内周面の少なくとも一部には、レンズ保持枠の外周に形成された外周ネジ部と係合する内周ネジ部であって、光軸回りの周方向に溝が形成された内周ネジ部を有しており、前側梁状部または後側梁状部の少なくとも一方の梁状部は、内周ネジ部と当接し、内周ネジ部と当接する梁状部は、レンズ保持枠の光軸方向の位置に応じて内周ネジ部との当接位置が変化し、かつ、梁行き方向が光軸方向と直交していることが好ましい。

操作リングの外周面の一点を光軸に向かって径方向に押圧して、操作リングの内周面を可撓性枠体部の外周面に押し付けて、操作リングの周方向の位置を固定する固定ネジが設けられており、前側梁状部または後側梁状部の少なくとも一方の梁状部は、周方向の２箇所に配置されており、２箇所の各梁状部の位置は、径方向と一致する、固定ネジの押し付け方向に延びる直線を対称軸とする対称位置に配置されており、かつ、２箇所の各梁状部の間隔は、１２０°以下であることが好ましい。

凸部において、外筒の内周面と当接する面は、内周面の形状に合わせて同じ曲率を持つ曲面で形成されていることが好ましい。

凸部の周囲は、面取りされていることが好ましい。

本発明によれば、部品点数を増加させることなく、外筒に対して光軸方向に移動するレンズ保持枠の周方向の移動を抑制することができる。

マシンビジョンカメラを示す斜視図である。 レンズユニットの側面図である。 レンズユニットの要部の分解斜視図である。 レンズユニットの横断面図である。図４Ａは、レンズ光学系が最後端にある状態の断面図であり、図４Ｂは、レンズ光学系が最前端にある状態の断面図である。 中間保持枠の斜視図である。 レンズユニットの前側梁状部の位置の縦断面図である。 レンズユニットの後側梁状部の位置の縦断面図である。 中間保持枠の側面図である。 前側梁状部の拡大横断面図である。 後側梁状部の拡大縦断面図である。 後側梁状部の拡大横断面図である。 前側梁状部の拡大図である。 後側梁状部の拡大図である。 片持ち梁の説明図である。 両持ち梁の説明図である。 片持ち梁と両持ち梁の特性を示すグラフである。 梁行き方向の全域に凸部がある梁状部の説明図である。図１７Ａは断面図であり、図１７Ｂは平面図である。 梁状部を周方向の２箇所に設けた場合の効果についての説明図である。 固定ネジの押し付け方向を対称軸として対称配置した２箇所の梁状部の効果についての説明図である。 図１９に対する比較例の説明図である。 梁状部の梁行き方向を光軸方向に対して直交配置した場合の効果についての説明図である。図２１Ａは、梁状部が後側にある状態を示し、図２１Ｂは前側にある状態を示す。 図２１に対する比較例の説明図である。 図２１に対する別の比較例の説明図である。図２３Ａと図２３Ｂは、梁状部の光軸方向の位置が異なるそれぞれの状態を示す。

［構成］
図１および図２において、マシンビジョンカメラ１０は、例えば工場の生産ラインにおける物品の検査等、ファクトリーオートメーションに用いられるもので、レンズユニット１１とカメラ本体１２とで構成される。レンズユニット１１の外筒は、例えば、アルミ合金等の軽量で加工がしやすい金属材料で形成され、カメラ本体１２に着脱自在に取り付けられる。レンズユニット１１は、レンズ光学系２０を通じて被写体像を取り込む。レンズユニット１１は、カメラ本体１２に内蔵されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ（図示せず）の撮像面に被写体像を結像させる。

イメージセンサは、被写体像を表す撮像信号を出力する。カメラ本体１２は、撮像信号をパーソナルコンピュータ等の情報処理装置に送信する送信部（図示せず）を有する。送信部は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースやギガビットＬＡＮ（Local Area Network）規格のインターフェースである。情報処理装置は撮像信号を解析し、この解析結果に応じて物品の良不良等を判定する。

図３および図４に示すように、レンズユニット１１は、いずれも円環状の部材である、レンズ保持枠２１、筒本体１４、フォーカスリング１３、アイリスリング１５、および抜け止め部１６を備える。

フォーカスリング１３およびアイリスリング１５は、破線で示す周方向ＣＤに沿ってユーザにより回転操作される。フォーカスリング１３は、特定の被写体に焦点を合わせるフォーカス調整を行う場合に回転操作される。アイリスリング１５は、絞り羽根（図示せず）が形成する絞り開口の開度を調整する場合に回転操作される。フォーカスリング１３およびアイリスリング１５は、筒本体１４に取り付けられており、筒本体１４とともに、レンズ保持枠２１を内部に収容する外筒を構成する。

レンズ保持枠２１は、レンズ光学系２０を収容する。レンズ保持枠２１は、筒本体１４内に収容され、筒本体１４に対してレンズ光学系２０の光軸ＯＡと平行な光軸方向ＯＡＤに移動自在である。ここで、光軸方向ＯＡＤにおいてレンズ光学系２０の物体側を前側、像側を後側とする。

図４に示すように、レンズ光学系２０は、例えば、前側レンズ部２０Ａと、後側レンズ部２０Ｂとで構成されている。レンズ保持枠２１は、前側レンズ部２０Ａを保持する前側保持枠２２と、後側レンズ部２０Ｂを保持する後側保持枠２３と、前側保持枠２２と後側保持枠２３との間に配置されて、これらを連結する中間保持枠２４とを備えている。なお、本例では、前側レンズ部２０Ａ、後側レンズ部２０Ｂをそれぞれ１枚のレンズで構成しているが、もちろん、それぞれを複数のレンズで構成してもよい。

フォーカスリング１３およびアイリスリング１５は、筒本体１４に対して回転自在である。フォーカスリング１３は、光軸ＯＡを中心とする周方向ＣＤに回転操作される操作リングであって、回転操作された場合に、レンズ保持枠２１を光軸方向に移動させる操作リングに相当する。抜け止め部１６は、アイリスリング１５の抜け落ちを防止する。

レンズユニット１１には、固定ネジ１７と固定ネジ１８が取り付けられる。固定ネジ１７は、フォーカスリング１３の周方向ＣＤにおける位置を固定するための締結部材である。固定ネジ１８は、アイリスリング１５の周方向ＣＤにおける位置を固定するための締結部材である。

図４に示すように、筒本体１４の前端部の内周面と、フォーカスリング１３の後端部の外周面とを係合させることにより、フォーカスリング１３が筒本体１４に対して取り付けられている。フォーカスリング１３の後端部は、筒本体１４の内周面と、レンズ保持枠２１の一部である中間保持枠２４の外周面との間に挟み込まれる状態で配置される。また、フォーカスリング１３は、筒本体１４に対して、周方向ＣＤには回転自在に取り付けられているが、光軸方向ＯＡＤの位置は固定されている。

図３にも示すように、フォーカスリング１３の後端部の内周面には、内周ネジ部１３Ａが設けられている。一方、中間保持枠２４の外周面には、内周ネジ部１３Ａと係合する外周ネジ部２６が設けられている。内周ネジ部１３Ａは、フォーカスリング１３の内周面において周方向ＣＤの全周に設けられている。これに対して、外周ネジ部２６は、中間保持枠２４の周方向ＣＤの全周ではなく、部分的に設けられている（図５および図６も参照）。当然ながら、内周ネジ部１３Ａも外周ネジ部２６も、光軸回りにらせん状に溝が形成されており、一方が他方に対して回転することにより、光軸方向ＯＡＤに相対的に移動する。

内周ネジ部１３Ａと外周ネジ部２６の係合によって、フォーカスリング１３が周方向ＣＤに回転操作されると、筒本体１４に対して、レンズ保持枠２１が光軸方向ＯＡＤに沿って移動する。これにより、フォーカスが調整される。図４Ａは、レンズ保持枠２１が最後端に位置している状態を示し、図４Ｂは、レンズ保持枠２１が最前端に位置している状態を示す。

筒本体１４の前端部には、固定ネジ１７が貫通して螺合するネジ穴が形成される。固定ネジ１７は、フォーカス調整時は緩められ、フォーカスリング１３の周方向ＣＤに沿った回転を許容する。フォーカス調整後、固定ネジ１７が締め付けられると、固定ネジ１７の先端は、フォーカスリング１３の外周面と当接して、フォーカスリング１３の外周面の一点を光軸ＯＡに向かって径方向に押圧する。

この押圧によって、フォーカスリング１３の外周面が筒本体１４の内周面に押し付けられる。これにより、フォーカスリング１３と筒本体１４との間に発生する摩擦力によってフォーカスリング１３の回転が規制されて、筒本体１４に対するフォーカスリング１３の周方向ＣＤの位置が固定される。

図４において図示は省略しているが、レンズ保持枠２１内には、例えば、複数枚の絞り羽根で構成される絞り機構が内蔵されており、アイリスリング１５を周方向ＣＤに沿って回転させると、絞り開口の開度が調整される。抜け止め部１６には、固定ネジ１８が貫通して螺合するネジ穴が形成されている。

固定ネジ１８は、絞り開口の開度の調整時は緩められ、アイリスリング１５の周方向ＣＤに沿った回転を許容する。絞り開口の開度の調整後、固定ネジ１８が締め付けられると、固定ネジ１８の先端は、アイリスリング１５の外周面と当接して、アイリスリング１５の外周面の一点を光軸ＯＡに向かって径方向に押圧する。この押圧によって、アイリスリング１５の内周面が中間保持枠２４の外周面に押し付けられる。これにより、アイリスリング１５と中間保持枠２４との間に発生する摩擦力によってアイリスリング１５の回転が規制されて、アイリスリング１５の周方向ＣＤの位置が、絞り開口の開度の調整後の位置に固定される。

図５に示すように、中間保持枠２４の外周面２４Ａには、外周ネジ部２６に加えて、前側梁状部２７と後側梁状部２８が設けられている。前側梁状部２７と後側梁状部２８は、光軸方向ＯＡＤに間隔を空けて、中間保持枠２４の前端部と後端部にそれぞれ配置される。

レンズ保持枠２１は、筒本体１４やフォーカスリング１３で構成される外筒に対して光軸方向ＯＡＤに移動自在に収容されるため、中間保持枠２４の外周面２４Ａと、外筒の内周面との間には隙間が生じる。また、レンズ保持枠２１は、その外周ネジ部２６がフォーカスリング１３の内周ネジ部１３Ａと係合する。外周ネジ部２６と内周ネジ部１３Ａのネジ溝間には隙間が生じる。レンズ保持枠２１と外筒の間に生じる隙間には、こうしたネジ溝間に生じる隙間も含まれる。

このように、レンズ保持枠２１と外筒の間には隙間があるため、この隙間に起因して、レンズ保持枠２１は外筒に対してガタついて振動する。レンズ保持枠２１が振動すると、レンズ保持枠２１は、外筒に対して、径方向、光軸方向ＯＡＤおよび周方向ＣＤなどの種々の方向に移動する。前側梁状部２７と後側梁状部２８は、外筒の内周面と当接する当接部であり、上述の隙間に起因して生じる、外筒に対するレンズ保持枠２１の振動を防止して、レンズ保持枠２１の種々の方向の移動を抑制する。

中間保持枠２４は、レンズ保持枠２１の一部を構成し、可撓性を有する材料で形成され、かつ、筒状をした可撓性枠体部である。可撓性を有する材料は、例えば樹脂材料（プラスチック）である。前側梁状部２７と後側梁状部２８は、中間保持枠２４と一体に形成されており、外周面２４Ａ上に配置される。前側梁状部２７と後側梁状部２８は、中間保持枠２４の外周面２４Ａに形成された切り込みで画定される梁状部である。

前側梁状部２７と後側梁状部２８には、各梁状部２７、２８の周囲よりも外筒の内周面に向かって突き出している凸部２７Ａ、２８Ａが形成されている。前側梁状部２７の凸部２７Ａは、フォーカスリング１３の内周ネジ部１３Ａと当接する（図６も参照）。後側梁状部２８は、筒本体１４の内周面１４Ａと当接する（図７も参照）。内周ネジ部１３Ａも内周面１４Ａもどちらも外筒の内周面に相当する。

前側梁状部２７と後側梁状部２８は、可撓性を有する材料で形成されているため、弾性変形して復元力を発生する。そして、復元力を発生した状態で、外筒の内周面とそれぞれの凸部２７Ａ、２８Ａが当接して、レンズ保持枠２１の振動を防止する。

図６および図７は、レンズユニット１１における光軸ＯＡに直交する方向の断面を示す横断面図である。図６は、図４において前側梁状部２７が位置するＡ−Ａ断面を示す断面図であり、図７は、図４において後側梁状部２８が位置するＢ−Ｂ断面を示す断面図である。なお、図６および図７においては、図面の簡単化のために、レンズ光学系２０の図示を省略している。

図６において、中間保持枠２４の外周ネジ部２６は、中間保持枠２４の外周面２４Ａ上に設けられており、外周ネジ部２６の周囲の面よりも径方向の外側に突出している。本例では、外周ネジ部２６は、周方向ＣＤにおいて、約１２０°の間隔を開けて３箇所に設けられている。外周ネジ部２６が内周ネジ部１３Ａと係合する。破線で示す符号１３Ｂは、内周ネジ部１３Ａの谷部（最大外径部）を示す。外周ネジ部２６の山部（最大外径部）が、内周ネジ部１３Ａの谷部１３Ｂと係合する。

前側梁状部２７は、外周面２４Ａ上において、周方向ＣＤに間隔θを空けて２箇所に設けられている。本例では、各前側梁状部２７は、周方向ＣＤの全周を３等分した位置のうちの２箇所に配置されている。すなわち、２個の前側梁状部２７の間隔θは１２０°である。また、２箇所の各前側梁状部２７の位置は、固定ネジ１７の押し付け方向ＰＤに延びる直線を対称軸とする対称位置に配置されている。

図７において、前側梁状部２７と同様に、後側梁状部２８も、外周面２４Ａ上において、周方向ＣＤに間隔θを空けて２箇所に設けられている。また、各後側梁状部２８の数と配置も、前側梁状部２７と同様である。すなわち、各後側梁状部２８は、周方向ＣＤの全周を３等分した位置のうちの２箇所に配置されており、２個の前側梁状部２７の間隔は、１２０°である。また、２箇所の各前側梁状部２７の位置についても、前側梁状部２７と同様に、固定ネジ１８の押し付け方向ＰＤに延びる直線を対称軸として対称な位置に配置されている。

図６および図７に加えて、図８にも示すように、周方向ＣＤにおいてそれぞれ複数箇所に設けられる前側梁状部２７と後側梁状部２８のそれぞれの位置は、同じである。これは、２個の前側梁状部２７と、２個の後側梁状部２８のそれぞれの間隔θが１２０°で同じというだけでなく、周方向ＣＤにおける絶対的な位置も一致するという意味である。

図８および図９に示すように、前側梁状部２７は、梁が延びる梁行き方向が光軸方向ＯＡＤに対して直交している。対して、図８および図１０に示すように、後側梁状部２８は、梁行き方向が光軸方向ＯＡＤと一致している。図９および図１０に示すように、前側梁状部２７と後側梁状部２８は、それぞれの一端が自由端で他端が固定端となる片持ち梁である。

図９に示すように、前側梁状部２７の凸部２７Ａは、前側梁状部２７の自由端付近に設けられている。図９において、破線で示す前側梁状部２７の位置は、前側梁状部２７に外力が加わっていない自然状態における位置を示す。中間保持枠２４と、フォーカスリング１３や筒本体１４とが組み付けられた状態では、凸部２７Ａが内周ネジ部１３Ａと当接する。この当接により、前側梁状部２７は、主として自由端側が、実線で示すように弾性変形して復元力を発生する。この復元力が、前側梁状部２７からの内周ネジ部１３Ａに対する押し付け力として作用する。

また、後側梁状部２８についても前側梁状部２７とほぼ同様である。すなわち、図１０に示すように、後側梁状部２８の凸部２８Ａも、後側梁状部２８の自由端付近に設けられている。図１０において、破線で示す後側梁状部２８の位置は、後側梁状部２８に外力が加わっていない自然状態における位置を示す。中間保持枠２４と筒本体１４とが組み付けられた状態では、凸部２８Ａが内周面１４Ａと当接する。この当接により、後側梁状部２８は、主として自由端側が、実線で示すように弾性変形して復元力を発生する。この復元力が、後側梁状部２８からの内周面１４Ａに対する押し付け力として作用する。

また、前側梁状部２７において、自由端に設けられている凸部２７Ａは、梁行き方向と直交する方向が長手方向（光軸方向ＯＡＤと一致）となる細長形状をしている（図１２も参照）。同様に、後側梁状部２８においても、自由端に設けられている凸部２８Ａは、梁行き方向と直交する方向が長手方向（光軸方向ＯＡＤと直交）となる細長形状をしている（図１３も参照）。

また、図９に示すように、前側梁状部２７の凸部２７Ａは、内周ネジ部１３Ａと当接する当接面２７Ｂが、内周ネジ部１３Ａの形状に合わせて同じ曲率を持つ曲面で形成されている。また、図１１に示すように、後側梁状部２８の凸部２８Ａも、内周面１４Ａと当接する当接面２８Ｂが、内周面１４Ａの形状に合わせて同じ曲率を持つ曲面で形成されている。

また、図１２に示すように、前側梁状部２７の凸部２７Ａの当接面２７Ｂの周囲は、角をカットして面取りされており、傾斜面２７Ｃが形成されている。図１３に示すように、後側梁状部２８についても同様に、凸部２８Ａの当接面２８Ｂの周囲は、角をカットして面取りされており、傾斜面２８Ｃが形成されている。

［作用効果］
以下、上記構成による作用について、図１から図１３に加えて、図１４から図２３を適宜参照しながら説明する。レンズ保持枠２１は、前側レンズ部２０Ａを保持する前側保持枠２２と後側レンズ部２０Ｂを保持する後側保持枠２３とを中間保持枠２４で連結することにより組み立てられる。レンズユニット１１は、レンズ光学系２０が収容されたレンズ保持枠２１を筒本体１４内に挿入し、さらに、筒本体１４に、フォーカスリング１３、アイリスリング１５、および抜け止め部１６を組み付けることによって完成する。

前側梁状部２７および後側梁状部２８において、凸部２７Ａおよび凸部２８Ａのそれぞれの当接面２７Ｂ、２８Ｂの周囲は、図１２および図１３に示すように、面取りされている。そのため、前側梁状部２７および後側梁状部２８は、組み立ての際に引っ掛かりにくく、欠けにくい。

また、レンズユニット１１が組み立てられた状態では、中間保持枠２４の前側梁状部２７が弾性変形して復元力を発生する。この状態で、凸部２７Ａがフォーカスリング１３の内周ネジ部１３Ａに対して当接する。同様に、中間保持枠２４の後側梁状部２８が弾性変形して復元力を発生した状態で、凸部２８Ａが筒本体１４の内周面１４Ａに当接する。そのため、前側梁状部２７および後側梁状部２８の作用によって、筒本体１４を含む外筒の内周面とレンズ保持枠２１の外周面の隙間に起因して生じる振動が防止される。これにより、レンズ保持枠２１の径方向、光軸方向ＯＡＤおよび周方向ＣＤの種々の方向の移動が抑制される。

レンズ保持枠２１の種々の方向の移動が抑制されると、イメージセンサに結像する被写体の範囲の変動が抑制される。被写体の範囲の変動は、次のような悪影響をもたらす。すなわち、近年においては、イメージセンサで得られた撮影画像に基づいて、被写体認識などの画像処理が行われる場合も多い。この場合、イメージセンサの撮像面に対する被写体の範囲が変動すると、被写体位置の認識精度の低下の原因となる。

上述のとおり、フォーカスリング１３を固定する固定ネジ１７によって、フォーカスリング１３の周方向ＣＤの位置は固定される。しかし、フォーカスリング１３の内周ネジ部１３Ａと外周ネジ部２６とのネジ溝間の隙間を含めて、外筒の内周面とレンズ保持枠２１の外周面２４Ａとの間には隙間がある。そのため、固定ネジ１７のみによってはレンズ保持枠２１の径方向、光軸方向ＯＡＤおよび周方向ＣＤの移動を抑制しきれない。前側梁状部２７および後側梁状部２８を設けることで、こうしたレンズ保持枠２１の径方向、光軸方向ＯＡＤおよび周方向ＣＤの種々の方向の移動が抑制される。

こうした前側梁状部２７および後側梁状部２８は、可撓性を有する材料で形成された中間保持枠２４と一体に形成されている。そのため、バネやゴムなどの弾性部材をレンズ保持枠２１と別体で設ける場合と比べて部品点数の増加を抑制することができる。さらに、レンズ保持枠２１と別体で弾性部材を設ける場合と比べて、低コストで、かつ、省スペース化を図りながら振動防止対策が可能となる。

また、前側梁状部２７および後側梁状部２８が一体に設けられる中間保持枠２４の材料はプラスチックが使用される。プラスチックは成形性もよいため、部品コストの上昇をより抑制することができる。さらに、前側梁状部２７や後側梁状部２８は、中間保持枠２４の外周面に形成される切り込みで画定される。そのため、プラスチックの筒状部材である中間保持枠２４の外周面２４Ａに切り込みを入れることは、樹脂成形においては容易であり、成形性もよい。そのため、こうした切り込みで画定される前側梁状部２７や後側梁状部２８とすることで、製造コストの上昇をより抑制することができる。

また、レンズ保持枠２１と別体で、レンズ保持枠２１の周方向ＣＤの全周に渡って配置される弾性リングを設ける場合と比べて、前側梁状部２７や後側梁状部２８は外筒との接触面積が少ないため、フォーカス調整の際にレンズ保持枠２１をスムーズに移動させることができる。

また、前側梁状部２７および後側梁状部２８のそれぞれの凸部２７Ａ、２８Ａは、図９および図１１で示したように、内周ネジ部１３Ａや内周面１４Ａの形状に合わせて、それらと同じ曲率を持つ当接面２７Ｂ、２８Ｂをそれぞれ有している。そのため、レンズ保持枠２１を光軸方向ＯＡＤに移動させる際の抵抗力が減るため、レンズ保持枠２１をスムーズに移動させることができる。

また、光軸方向ＯＡＤにおいて間隔を空けて前側梁状部２７と後側梁状部２８が設けられているため、レンズ保持枠２１が光軸方向ＯＡＤに移動する際に、外筒内部でレンズ保持枠２１がピッチングすることを防止することができる。また、前側梁状部２７と後側梁状部２８は、それぞれ周方向ＣＤの位置が同じであるため、光軸ＯＡに対してレンズ保持枠２１が前後方向に傾くこともない。

また、前側梁状部２７および後側梁状部２８は、片持ち梁であることにより、次のような効果が得られる。図１４は、上述した前側梁状部２７と同様の片持ち梁１２７の平面図である。片持ち梁１２７には、前側梁状部２７の凸部２７Ａと同様の凸部１２７Ａが設けられている。一方、図１５は比較例である両持ち梁２２７を示す。両持ち梁２２７は、梁の両端が固定され、例えば中央部に内周ネジ部１３Ａと当接する凸部２２７Ａを有する。

図１６は、片持ち梁１２７と両持ち梁２２７の特性を比較するグラフである。図１６のグラフにおいて、横軸は、梁が弾性変形した場合の変位量（撓み量）であり、縦軸は、変位量に応じた復元力である。変位量は、例えば、図９に示したように、凸部１２７Ａや凸部２２７Ａの自然状態の位置（破線で示す位置）を基準位置とし、この基準位置から、弾性変形した場合における凸部１２７Ａや凸部２２７Ａの変位後の位置（実線で示す位置）までの距離である。グラフＧ１は、図１４に示す片持ち梁１２７の特性を示し、グラフＧ２は、図１５に示す両持ち梁２２７の特性を示す。

図１６に示すように、どちらも、変位量が大きくなれば、復元力は大きくなる。しかし、片持ち梁１２７は、両持ち梁２２７と比較して撓みやすく、変位量に対する復元力の変化が少ない。例えば、復元力の目標値の範囲を上限値ＴＵと下限値ＴＬに設定した場合を考える。復元力を目標値の範囲に収めるために許容される変位量の幅は、両持ち梁２２７がＷ２であるのに対して、片持ち梁１２７は、Ｗ２よりも広いＷ１である。これは、例えば、両持ち梁２２７や片持ち梁１２７の弾性が製造時の個体差によって変動する場合でも、両持ち梁２２７よりも片持ち梁１２７の方が、発生する復元力を目標の範囲内に収めやすいことを意味する。すなわち、両持ち梁２２７よりも片持ち梁１２７の方が復元力の管理がしやすい。

そのため、片持ち梁１２７は、復元力に起因して生じる、レンズ保持枠２１を光軸方向ＯＡＤへ移動させる場合の抵抗力と、レンズ保持枠２１を光軸方向ＯＡＤの所望の位置で位置決めした場合における振動の抑制力とを最適なバランスで両立させやすい。

こうした片持ち梁１２７の特性は、本例のマシンビジョンレンズに使用するレンズユニット１１のように、フォーカスリング１３のマニュアル操作でレンズ保持枠２１を移動させて、所定のフォーカス位置にネジ止めでレンズ保持枠２１を固定するようなレンズユニットに特に有効である。というのも、移動自在なレンズ保持枠２１をネジ止めのみで固定する場合には、レンズ保持枠２１の移動の際の抵抗力の低減とレンズ保持枠２１の位置を固定する際の振動抑制の両立を図ることが、レンズの使いやすさの観点から非常に重要なためである。

特に、イメージセンサの高解像化にともなって、レンズ保持枠２１において許容される振動の大きさが小さくなってきている。すなわち、イメージセンサが高解像化すると画素ピッチが狭くなるため、振動として認識される揺れ幅の下限が小さくなり、小さな振動でも振動として認識されやすい。この場合、従来と比べて、振動の許容幅が小さくなるため、確実な位置決めのために押し付け力を大きくしたい。しかし、一方で操作性を犠牲にするのは最小限に留めたいという要求もある。その場合、押し付け力を最適値に収めるために、図１６において示した目標値の範囲（上限値ＴＵと下限値ＴＬの範囲）は狭くなる。このように、イメージセンサが高解像化すると、操作性と確実な位置決めを両立するための復元力の管理がより重要になる。そのため、両持ち梁２２７と比較して、復元力の管理がしやすい片持ち梁１２７が非常に有効である。

また、図６等で示したとおり、前側梁状部２７および後側梁状部２８において、それぞれの凸部２７Ａ、２８Ａは自由端に配置されており、梁行き方向と直交する方向が長手方向となる細長形状としている。本例のような細長形状の凸部の代わりに、例えば、図１７に示すように梁行き方向の全域に凸部３２７Ａが設けられる片持ち梁３２７を設けることも考えられる。図１７において、図１７Ａは片持ち梁３２７の側面図であり、図１７Ｂは片持ち梁３２７の平面図である。こうした図１７に示す片持ち梁３２７と比較して、本例のように自由端に細長形状の凸部２７Ａ、２８Ａを配置した前側梁状部２７や後側梁状部２８は撓みやすく、復元力が管理しやすい。

また、前側梁状部２７および後側梁状部２８は、それぞれ周方向ＣＤにおいて間隔θを空けて２箇所に設けられている。このため、１箇所に設ける場合と比べて、振動抑制効果が高い。

また、前側梁状部２７および後側梁状部２８の周方向ＣＤの間隔θは１２０°以下である。こうした構成によれば、前側梁状部２７や後側梁状部２８をそれぞれ、周方向ＣＤにおいて３箇所以上設ける場合と比較して、光軸ＯＡの位置を簡単に安定させることができるという効果が得られる。この効果について、図１８を用いて説明する。

図１８は、上述したように、周方向ＣＤの間隔θを１２０°として前側梁状部２７を２箇所設けた場合における、中間保持枠２４と外筒を構成するフォーカスリング１３との位置関係を模式的に示す説明図である。

図１８に示すように、周方向ＣＤを３等分した３つの位置のうちの２箇所に前側梁状部２７が設けられると、２箇所の前側梁状部２７が発生する復元力（押し付け力）の作用によって、３つの位置の残りの１点ＰＰに向けて中間保持枠２４が片寄せされる。この場合、前側梁状部２７の復元力を、中間保持枠２４を点ＰＰに押し付けることができる程度の力に設定しておけば、点ＰＰに片寄せされた状態で中間保持枠２４の径方向の位置を安定させることができる。この場合、各前側梁状部２７の押し付け力を厳密に均等にしなくてもよく、各前側梁状部２７の押し付け力が所定値以上になるようにさえしておけばよい。これにより、中間保持枠２４が片寄せされて中間保持枠２４の位置を安定させることができる。その結果、光軸ＯＡの位置が安定する。

一方、３等分した３つの位置に前側梁状部２７を設ける場合を考えると、３箇所の前側梁状部２７の復元力を均等にしないと、中間保持枠２４の径方向の位置が安定せず、光軸ＯＡの位置が安定しない。製造時の個体差等を考慮すると、３箇所の前側梁状部２７の復元力を均等にすることは難しく、２箇所の前側梁状部２７の復元力を、所定値以上になるように設定する方が設計は簡単である。本例のように、周方向ＣＤの２箇所に前側梁状部２７を配置し、その間隔θを１２０°以下にすることで、各前側梁状部２７の復元力を均等にしなくも、中間保持枠２４の径方向の位置を安定させることができる。そのため、光軸ＯＡの位置を簡単に安定させることができる。

なお、本例では、間隔θを１２０°の例で説明したが、間隔θは９０°でもよい。つまり、中間保持枠２４を、２箇所の前側梁状部２７と片寄せして当接する点ＰＰとの３点で外筒に対して位置決めすることができれば、間隔θは何度でもよい。ただし、間隔θが例えば１８０°になると中間保持枠２４の片寄せができないため、片寄せが可能な間隔θとしては１２０°以下であることが好ましい。また、図１８は、前側梁状部２７の例であるが、後側梁状部２８も同様である。

また、図６で示したとおり、固定ネジ１７は、フォーカスリング１３の外周面の一点を光軸ＯＡに向かって径方向に押圧して、フォーカスリング１３の外周面を筒本体１４の内周面に押し付けて、フォーカスリング１３の周方向ＣＤの位置を固定する。

２箇所の各前側梁状部２７の位置は、固定ネジ１７の押し付け方向ＰＤに延びる直線を対称軸とする対称位置に配置されている。押し付け方向ＰＤは径方向と一致する。さらに、２箇所の各前側梁状部２７の周方向ＣＤの間隔θは１２０°以下である。こうした構成により次のような効果が得られる。

図１９は固定ネジ１７を締め付けた場合のフォーカスリング１３の状態を示す模式図である。図１９に示すように、固定ネジ１７を締め付けると、固定ネジ１７の押し付け方向ＰＤと一致する径方向ＲＤ１において、フォーカスリング１３は押圧を受ける。その結果、フォーカスリング１３は、径方向ＲＤ１の径が小さくなり、径方向ＲＤ１と直交する径方向ＲＤ２の径が大きくなるように変形する。フォーカスリング１３の径が大きくなると、中間保持枠２４との隙間は大きくなる。隙間が大きくなると、前側梁状部２７の押し付け力も減少する。

例えば、図２０は、２個の前側梁状部２７を固定ネジ１７の押し付け方向ＰＤと直交する径方向ＲＤ２を対称軸とする対称位置に配置する例である。２箇所の前側梁状部２７間隔θは１２０°である。この場合は、各前側梁状部２７の位置においては、固定ネジ１７の締め付けによって隙間が大きくなるため、前側梁状部２７の押し付け力が減少する。

このため、図１９に示す本例のように、固定ネジ１７の押し付け方向ＰＤに延びる直線を対称軸とする対称位置に前側梁状部２７を配置し、２箇所の前側梁状部２７の間隔を１２０°以下にすることで、前側梁状部２７の位置における隙間を小さく保つことができる。その結果、固定ネジ１７の締め付けに起因して中間保持枠２４とフォーカスリング１３の隙間が大きくなり、前側梁状部２７の押し付け力が変動する影響を抑制することができる。

間隔θは１２０°でなくてもよいが、１２０°以下であることが好ましい。間隔θを小さくするほど、径方向ＲＤ１に近づくため、隙間が少ない位置に前側梁状部２７を配置することができる。なお、図１９においては、前側梁状部２７を例に説明したが、後側梁状部２８についても同様である。

また、図８および図９で説明したように、前側梁状部２７は、梁行き方向が光軸方向ＯＡＤに対して直交している。こうした構成は、次のような効果が得られる。すなわち、前側梁状部２７は、フォーカスリング１３の内周ネジ部１３Ａと当接する。レンズ保持枠２１がフォーカスリング１３に対して移動した場合に、前側梁状部２７が内周ネジ部１３Ａの当接面から脱落することは好ましくない。

図２１に示すように、前側梁状部２７の梁行き方向を光軸方向ＯＡＤに対して直交させると、内周ネジ部１３Ａと前側梁状部２７との当接位置において、前側梁状部２７の梁行き方向と直交する幅方向が内周ネジ部１３Ａの溝に対して直交して配置される。

こうした配置によれば、図２１Ａおよび図２１Ｂに示すように、前側梁状部２７は、内周ネジ部１３Ａの山部（最小外径部）に対して、移動範囲の全域で常に当接することになる。そのため、レンズ保持枠２１の光軸方向ＯＡＤの移動に応じて変化しても、前側梁状部２７は幅方向に移動するだけであり、内周ネジ部１３Ａから脱落することはない。

こうした効果は、図２２に示す例と比較すると、より明確になる。図２２に示す前側梁状部４２７は、梁行き方向が光軸方向ＯＡＤと平行に配置されている。この場合、内周ネジ部１３Ａの溝の方向と前側梁状部４２７の幅方向が平行になる。前側梁状部４２７の凸部４２７Ａは、長手方向が溝の方向と一致する。このような配置では、凸部４２７Ａが細長形状である場合、凸部４２７Ａが内周ネジ部１３Ａから脱落し易い。そのため、図２２の例では、レンズ保持枠２１が光軸方向ＯＡＤに移動すると、レンズ光学系２０が最前端にある状態では前側梁状部４２７が内周ネジ部１３Ａから脱落してしまう。

また、図２２において、前側梁状部４２７の脱落は、自由端に設ける凸部４２７Ａの梁行き方向の幅が小さいほど影響を受けやすい。そのため、脱落を抑制する方法として、図２３に示すように、凸部４２７Ａの梁行き方向の幅を広げることが考えられる。しかし、このように凸部４２７Ａの幅を広げると、前側梁状部２７が撓みにくくなるため、復元力の管理がしにくい。

そのため、図２１に示す本例のように、前側梁状部２７の梁行き方向を光軸方向ＯＡＤに対して直交させることが好ましい。なお、前側梁状部２７を例に説明したが、後側梁状部２８に適用してもよい。すなわち、後側梁状部２８が、外筒を構成する構成部材の内周ネジ部と当接する場合には、後側梁状部２８についても、同様の問題が生じる。この場合には、後側梁状部２８についても、図２１に示すように、梁行き方向を光軸方向ＯＡＤに対して直交させることが好ましい。また、こうした配置を、前側梁状部２７および後側梁状部２８の両方に適用してもよい。

また、図１から図１３で説明したレンズユニット１１の実施形態には、図１４から図２３で示したとおりの種々の効果があるが、もちろん、適宜変更を加えてもよい。前側梁状部２７と後側梁状部２８が一体に設けられる可撓性枠体部として、中間保持枠２４を例に説明したが、可撓性枠体部は中間保持枠２４でなくてもよく、レンズ保持枠２１を構成する部材のいずれかであればよい。また、前側梁状部２７や後側梁状部２８が当接する外筒を構成する部材についても、フォーカスリング１３や筒本体１４に限らず、それ以外の部材でもよい。

また、外筒に対するレンズ保持枠２１の振動を防止する梁状部として、片持ち梁で構成した前側梁状部２７および後側梁状部２８を例に説明したが、前側梁状部２７および後側梁状部２８の少なくとも一方を、図１５に示したような両持ち梁で構成してもよい。

また、前側梁状部２７および後側梁状部２８の少なくとも一方を、図１７で示した梁行き方向の全域に凸部３２７Ａが形成された片持ち梁３２７で構成してもよいし、図２３に示した梁状部４２７で構成してもよい。

また、光軸方向ＯＡＤにおいて間隔を空けて前側梁状部２７と後側梁状部２８を設けた例で説明したが、光軸方向ＯＡＤにおいて３箇所以上、梁状部を配置してもよい。また、梁状部を周方向において２箇所設けた例で説明したが、３箇所以上設けてもよい。また、２箇所の梁状部を図２０に示したように配置してもよい。

さらに、レンズ保持枠２１の振動を防止する当接部として、梁状部を例に説明したが、梁状部でなくてもよい。例えば、中間保持枠２４の外周面２４Ａ上に切り込みを入れずに、凸部だけを設けて、これを当接部として機能させてもよい。

また、レンズ保持枠２１を光軸方向ＯＡＤに移動する操作リングとして、フォーカスリング１３を例に説明したが、ズームレンズを移動させるための操作リングでもよい。

本発明は、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の構成を採用し得ることはもちろんである。例えば、本発明は、マシンビジョンカメラ１０以外の、例えば汎用のデジタルカメラに用いられるレンズユニットにも適用可能である。また、プロジェクタの投射光学系を搭載したレンズユニットにも適用可能である。

１０ マシンビジョンカメラ
１１ レンズユニット
１２ カメラ本体
１３ フォーカスリング
１３Ａ 内周ネジ部
１３Ｂ 谷部
１４ 筒本体
１４Ａ 内周面
１５ アイリスリング
１６ 抜け止め部
１７ 固定ネジ
１８ 固定ネジ
２０ レンズ光学系
２０Ａ 前側レンズ部
２０Ｂ 後側レンズ部
２１ レンズ保持枠
２２ 前側保持枠
２３ 後側保持枠
２４ 中間保持枠
２４Ａ 外周面
２６ 外周ネジ部
２７ 前側梁状部
２７Ａ、２８Ａ 凸部
２７Ｂ、２８Ｂ 当接面
２７Ｃ、２８Ｃ 傾斜面
２８ 後側梁状部
１２７ 片持ち梁
１２７Ａ 凸部
２２７ 両持ち梁
２２７Ａ 凸部
３２７ 片持ち梁
３２７Ａ 凸部
４２７ 前側梁状部
４２７Ａ 凸部
ＣＤ 周方向
Ｇ１ グラフ
Ｇ２ グラフ
ＯＡ 光軸
ＯＡＤ 光軸方向
ＰＤ 押し付け方向
ＰＰ 点
ＲＤ１ 径方向
ＲＤ２ 径方向
ＴＬ 下限値
ＴＵ 上限値
θ 間隔

Claims (12)

1. 外筒と、
   レンズ光学系を保持するレンズ保持枠であって、かつ、前記外筒内に収容され、前記外筒に対して前記レンズ光学系の光軸と平行な光軸方向に移動自在なレンズ保持枠と、
   前記レンズ保持枠の少なくとも一部を構成し、可撓性を有する材料で形成され、かつ、筒状をした可撓性枠体部と、
   前記可撓性枠体部と一体に設けられ、弾性変形して復元力を発生した状態で前記外筒の内周面と当接して、前記レンズ保持枠の外周面と前記外筒の内周面との間の隙間に起因して生じる振動を防止する当接部とを備え、
   前記当接部は、前記可撓性枠体部の外周面に形成された切り込みで画定される梁状部であり、
   前記梁状部には、前記梁状部の周囲よりも前記外筒の前記内周面に向かって突き出している凸部が形成され、
   前記梁状部は、前記可撓性枠体部の外周面上に複数個設けられ、
   前記光軸方向において前記レンズ光学系の物体側を前側、像側を後側とした場合において、
   前記梁状部は、前記可撓性枠体部の前記光軸方向において間隔を空けてそれぞれ設けられる前側梁状部および後側梁状部を含むレンズユニット。
2. 前記梁状部は、一端が自由端で他端が固定端となる片持ち梁である請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記片持ち梁において、前記凸部は前記自由端に配置され、梁行き方向と直交する方向が長手方向となる細長形状をしている請求項２に記載のレンズユニット。
4. 前記梁状部は、前記可撓性枠体部の前記光軸回りの周方向に間隔を空けて複数箇所に設けられる請求項１に記載のレンズユニット。
5. 前記梁状部は前記周方向において２箇所に設けられており、
   前記２箇所の各前記梁状部の間隔は、１２０°以下である請求項４に記載のレンズユニット。
6. 請求項４または５に記載のレンズユニットにおいて、
   前記前側梁状部および後側梁状部は、それぞれ、前記光軸回りの周方向に間隔を空けて複数箇所に設けられているレンズユニット。
7. 複数箇所に設けられる前記前側梁状部および後側梁状部の前記周方向の位置は同じである請求項６に記載のレンズユニット。
8. 前記外筒に設けられ、前記光軸を中心とする周方向に回転操作される操作リングであって、回転操作された場合に、前記レンズ保持枠を前記光軸方向に移動させる操作リングを備えており、
   前記可撓性枠体部において、前記前側梁状部または前記後側梁状部の一方が、前記操作リングの内周面と当接する請求項６または７に記載のレンズユニット。
9. 前記操作リングの内周面の少なくとも一部には、前記レンズ保持枠の外周に形成された外周ネジ部と係合する内周ネジ部であって、前記光軸回りの周方向に溝が形成された内周ネジ部を有しており、
   前記前側梁状部または前記後側梁状部の少なくとも一方の梁状部は、前記内周ネジ部と当接し、
   前記内周ネジ部と当接する前記梁状部は、前記レンズ保持枠の光軸方向の位置に応じて前記内周ネジ部との当接位置が変化し、かつ、梁行き方向が前記光軸方向と直交している請求項８に記載のレンズユニット。
10. 前記操作リングの外周面の一点を光軸に向かって径方向に押圧して、前記操作リングの内周面を前記可撓性枠体部の外周面に押し付けて、前記操作リングの周方向の位置を固定する固定ネジが設けられており、
    前記前側梁状部または前記後側梁状部の少なくとも一方の梁状部は、周方向の２箇所に配置されており、
    前記２箇所の各前記梁状部の位置は、前記径方向と一致する、前記固定ネジの押し付け方向に延びる直線を対称軸とする対称位置に配置されており、かつ、前記２箇所の各前記梁状部の間隔は、１２０°以下である請求項８または９に記載のレンズユニット。
11. 前記凸部において、前記外筒の内周面と当接する面は、前記内周面の形状に合わせて同じ曲率を持つ曲面で形成されている請求項１から１０のいずれか１項に記載のレンズユニット。
12. 前記凸部の周囲は、面取りされている請求項１から１１のいずれか１項に記載のレンズユニット。
    

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