JP7023674B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学装置に関するものである。

従来より、レンズを保持するレンズ枠や光量を調整する絞り等の光学要素（光学素子）を光軸方向において移動させてズーム、フォーカス、または光量調整等を行うレンズ装置等の光学装置が知られている。

ズームレンズ装置においては、像の大きさを変化させるために移動するバリエータレンズユニットと、像面の位置の変動を低減するために移動するコンペンセータレンズユニットとを含む少なくとも２つのレンズユニットが移動する構造が知られている。このようなレンズ装置では、例えばバリエータレンズユニットとコンペンセータレンズユニットとの間隔が狭まり、焦点距離が長くなるにつれて、２つのレンズユニットの間隔の誤差がレンズ装置の光学性能に及ぼす影響が大きくなることが知られている。そのため、各光学要素を精密に位置決めすることを目的に、バネ部材等によって光学要素を一方向に付勢する構造が用いられている。

特許文献１では、複数のレンズユニットの可動枠に磁石を搭載し、磁力により、レンズユニット間のガタを低減する構造が開示されている。特許文献２では、１本のカム溝に２つのズームレンズユニットのカムフォロワを係合させ、２つのズームレンズユニットをその間の複数のバネ部材で付勢することにより、ズームレンズユニットの光軸ズレを生じないようにした構造が開示されている。

特開平８－１６６５３０号公報 特開平１１－３２６７３４号公報

特許文献１に開示された従来技術では、レンズユニット間の距離による磁力の変化が大きく、レンズユニット間の距離が大きくなるにつれ、ガタ低減の効果が小さくなる。さらに、磁石の質量がレンズユニットに追加されるため、ガタ低減の効果を得るためには強力で大きな磁石が必要となり、その結果カム筒の回転抵抗が大きくなり、レンズユニットの操作性の点で不利となりうる。また、特許文献２に開示された従来技術では、２つのズームレンズユニットが一体的に動作するため、移動する質量が大きくなる。それにより、移動量の大きな急角度のカム溝による駆動の場合には特に、カム筒の回転抵抗が大きくなり、レンズユニットの操作性の点で不利となりうる。

本発明は、例えば、光学要素の精密な位置決めおよび操作性の点で有利な光学装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光学装置は、光軸に沿って移動可能な第１光学要素と、前記光軸に沿って移動可能な第２光学要素と、前記光軸に沿って前記第１光学要素を付勢する第１弾性部材と、前記第１光学要素と前記第２光学要素との間隔が所定の間隔より大きい場合は、前記第１光学要素および前記第２光学要素の少なくとも一方に接触せず、前記第１光学要素と前記第２光学要素との間隔が前記所定の間隔より小さい場合は、前記光軸に沿って前記第１光学要素および前記第２光学要素を付勢するように前記第１光学要素および前記第２光学要素に接触する第２弾性部材とを有し、前記第２弾性部材は、前記第１光学要素と前記第２光学要素との間隔が前記所定の間隔より小さい場合は、前記第１弾性部材が前記第１光学要素を付勢する方向に前記第１光学要素を付勢することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、光学要素の精密な位置決めおよび操作性の点で有利な光学装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例におけるズーム部機構の断面図 図１の矢印Ｙから見たズーム部機構の図 本発明の第１の実施例におけるズーム部機構のズーミング後の断面図 図３の矢印Ｙから見たズーム部機構の図 本発明の第２の実施例におけるズーム部機構の断面図 本発明の第２の実施例におけるズーム部機構のズーミング後の断面図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図１～４に図示した実施例に基づいて詳細に説明する。

以下、図１から図４を参照して、本発明の第１の実施例による、レンズ装置（光学装置）について説明する。本実施例におけるレンズ装置のズーム機構部１の断面図を図１に示す。

レンズ装置のズーム機構部１は、固定筒２とカム筒３とバリエータレンズ支持枠４とコンペンセータレンズ支持枠５と固定レンズ支持枠６とを含む。固定筒２には直線溝２ａが光軸回りに均等に３本設けられる。カム筒（カム部材）３は固定筒に対して回転自在に設けられ、カム溝（カム部材）３ａとカム溝（カム部材）３ｂを光軸回りに均等にそれぞれ３本備える。バリエータレンズ支持枠４にはカムフォロワ（カム部材）４ａが３個設けられ、コンペンセータレンズ支持枠５にはカムフォロワ（カム部材）５ａが３個設けられる。カム筒３が回転すると、カムフォロワ４ａは直線溝２ａとカム溝３ａ、カムフォロワ５ａは直線溝２ａとカム溝３ｂにより光軸oに沿って可動な構成とすることでズーム動作を行う。

コンペンセータレンズ支持枠５にはバネ軸７と付勢リング８と圧縮バネ（第２弾性部材）９とが少なくとも２か所以上（複数）、光軸に対して均等に設けられ、付勢リング８は圧縮バネ９によってバネ軸７の先端に設けられた規制部７ａに突き当たった状態で保持される。本実施例においては、光軸に対して均等に３箇所に設けられる。
さらに、コンペンセータレンズ支持枠５と固定レンズ支持枠６との間には引張バネ（第１弾性部材）１０が設けられ、コンペンセータレンズ支持枠を矢印Ａの方向に付勢する。

図２には図１の時のズーム機構部１の状態を矢印Ｙ方向から見た図を示す。
コンペンセータレンズ支持枠５のカムフォロワ５ａは、引張バネ１０の付勢力によりカム溝３ｂに対して矢印Ａの方向の壁面に突き当たった状態で保持される。
バリエータレンズ支持枠４のカムフォロワ４ａには付勢力が働かないため、カム溝３ａの中でガタを持った状態となる。

カム筒３を回転させてズーミングすると、図３の状態になる。
この時、バリエータレンズ支持枠４とコンペンセータレンズ支持枠５との間隔が減少し、所定の間隔以下になると、バリエータレンズ支持枠４と付勢リング８とが接触する。バリエータレンズ支持枠４には貫通穴４ｂが設けられ、バネ軸７は貫通穴４ｂを通過し、付勢リング８はバリエータレンズ支持枠４と接触したままで圧縮バネ９を圧縮する。

図４には図３の時のズーム機構部１の状態を矢印Ｙ方向から見た図を示す。
コンペンセータレンズ支持枠５のカムフォロワ５ａは、引張バネ１０の付勢力によりカム溝３ｂに対して矢印Ａの方向の壁に突き当たった状態で保持される。

さらに、圧縮バネ９の付勢力によりバリエータレンズ支持枠４が矢印Ｂの方向に付勢され、カムフォロワ４ａはカム溝３ａに対して矢印Ｂの方向の壁面に突き当たった状態で保持される。

この時、圧縮バネ９の付勢力はコンペンセータレンズ支持枠５にも作用するが、引張バネ１０の付勢力と同じ矢印Ａ方向の付勢力であるため、コンペンセータレンズ支持枠５の姿勢が変化することは無い。

以上説明した通り、本実施例におけるレンズ装置のズーム機構部は、バリエータレンズユニット（第２光学要素）とコンペンセータレンズユニット（第１光学要素）との間隔誤差がレンズ装置の光学性能に及ぼす影響が大きくなる一定以上の焦点距離範囲において２つのレンズ群間を付勢する。

それにより、必要以外の焦点距離範囲では付勢力が働かないため、ズーミングに必要な作動力が軽減され、操作性が向上する。また、ピント位置に影響が大きいコンペンセータレンズ（第１レンズ群）を、バリエータレンズ（第２レンズ群）を付勢する時の付勢方向と同じ方向に常時付勢することで、付勢リングが接触した際のコンペンセータレンズの姿勢変化を抑制し、ピント位置の変化を軽減することが可能になる。

本実施例においては、ズーム部のレンズ群支持枠に作用するバネ部材の構成について述べたが、フォーカス部やアイリス部等の光学要素が光軸方向へ移動する構成であれば同様な作動が可能となる。また、本実施例においてはカムフォロワによるカム構造について述べたが、光学要素を光軸方向に駆動する機構においては同様な作動が可能となる。

以下、図５と図６を参照して、本発明の第２の実施例による、レンズ装置について説明する。本実施例におけるレンズ装置のズーム機構部１１の断面図を図５に示す。

レンズ装置のズーム機構部１１は、実施例１のズーム機構部１と同じ構造でバリエータレンズ支持枠１２とコンペンセータレンズ支持枠５を光軸方向に移動させる。バリエータレンズ支持枠１２の重心ｍは、複数のカムフォロワ１２ａの中心を含む平面から距離ｘの位置にある。それによりカムフォロワ１２ａの中心を支点にして、図５における反時計回り方向にモーメントが発生し、バリエータレンズ支持枠１２はカム溝３ａとカムフォロワ１２ａのガタの中で光軸から角度θ傾いた状態になる。

コンペンセータレンズ支持枠５にはバネ軸７と付勢リング８と圧縮バネ９とが光軸に対して非対称に設けられる。より具体的には、片側に少なくとも１か所に設けられ、付勢リング８は圧縮バネ９によってバネ軸７の先端に設けられた規制部７ａに突き当たった状態で保持される。本実施例においては、光軸に対して図５における上側に１箇所に配置される。

カム筒３を回転させてズーミングすると、図６の状態になる。
この時、バリエータレンズ支持枠１２とコンペンセータレンズ支持枠５との間隔が縮まり、バリエータレンズ支持枠１２と付勢リング８とが接触する。バリエータレンズ支持枠１２には貫通穴１２ｂが設けられ、バネ軸７は貫通穴１２ｂを通過し、付勢リング８はバリエータレンズ支持枠１２と接触したままで圧縮バネ９を圧縮する。

バリエータレンズ支持枠１２には重心ｍによるモーメントに加えて、圧縮バネ９のバネ力によるモーメントが加わるが、その時に発生するバリエータレンズ支持枠１２の光軸からの傾きθ’はカム溝３ａとカムフォロワ１２ａのガタの量により決まる。

この時、重心ｍによるバリエータレンズ支持枠１２のモーメントと圧縮バネ９によるバリエータレンズ支持枠１２のモーメントの方向が光軸を含む平面内（より具体的には鉛直面内）で、同じであるため、バリエータレンズ支持枠１２と付勢リング８の接触前後でバリエータレンズ支持枠１２の傾きの方向が一定に保たれる。すなわち、バネ軸７と付勢リング８と圧縮バネ９が配置される位置は、高頻度で使用されるレンズ装置の姿勢において、重心ｍによるモーメントと圧縮バネ９によるモーメントが同じ方向となるように配置される。すなわち、バネ軸７と付勢リング８と圧縮バネ９は、光軸の周りにおいて、非回転対称に配置されている。より具体的には、図５に例示されているように、バリエータレンズ支持枠１２の重心ｍがカムフォロワ１２ａの中心より物体側にある場合は、バリエータレンズ支持枠１２の上部を押圧するようにバネ軸７と付勢リング８と圧縮バネ９が配置される。一方で、バリエータレンズ支持枠１２の重心ｍがカムフォロワ１２ａの中心より像側にある場合は、バリエータレンズ支持枠１２の下部を押圧するようにバネ軸７と付勢リング８と圧縮バネ９が配置される。

以上説明した通り、本実施例におけるレンズ装置のズーム機構部は、バリエータレンズとコンペンセータレンズとの間隔誤差を軽減するための付勢力が作用しても、バリエータレンズの傾きの方向を一定に保つことができる。それによりバリエータレンズの傾き変化によるレンズ性能の変化を軽減することが可能になり、ズーム全域で良好な映像の撮影が可能になる。

本実施例においては、変倍のためのズーム部のレンズ群支持枠に作用するバネ部材の構成について述べたが、合焦のためのフォーカス部や光量調整に使用されるアイリス部等の光学要素が光軸方向へ移動する構成であれば同様な作動が可能となる。また、本実施例においてはカムフォロワによるカム構造について述べたが、光学要素を光軸方向に駆動する機構においては同様な作動が可能となる。

上記の実施例においては、バネ軸７はコンペンセータレンズ支持枠５に固定されている場合を例示したが、本発明はこれに限定されることはなく、バリエータレンズ支持枠に固定されるように構成してもよい。ただし、コンペンセータレンズ支持枠５は引張りバネで常に像側に付勢されているため、カム溝３ｂ内でのカムフォロワ５ａの当接する壁の方向が像側に安定しているので、バネ軸７はコンペンセータレンズ支持枠５に固定する方がより好ましい。

また、本発明のレンズ装置と、該レンズ装置によって形成された光学像を受ける撮像素子とを有する撮像装置を構成することによって、本発明の効果を享受する撮像装置を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

４ ：バリエータレンズ支持枠
５ ：コンペンセータレンズ支持枠
９ ：圧縮バネ（第２弾性部材）
１０：引張バネ（第１弾性部材）

Claims (16)

1. 光軸に沿って移動可能な第１光学要素と、
   前記光軸に沿って移動可能な第２光学要素と、
   前記光軸に沿って前記第１光学要素を付勢する第１弾性部材と、
   前記第１光学要素と前記第２光学要素との間隔が所定の間隔より大きい場合は、前記第１光学要素および前記第２光学要素の少なくとも一方に接触せず、前記第１光学要素と前記第２光学要素との間隔が前記所定の間隔より小さい場合は、前記光軸に沿って前記第１光学要素および前記第２光学要素を付勢するように前記第１光学要素および前記第２光学要素に接触する第２弾性部材とを有し、
   前記第２弾性部材は、前記第１光学要素と前記第２光学要素との間隔が前記所定の間隔より小さい場合は、前記第１弾性部材が前記第１光学要素を付勢する方向に前記第１光学要素を付勢することを特徴とする光学装置。
2. 物体側から像側へ順に、前記第２光学要素と前記第１光学要素とが配置され、
   前記第１弾性部材は、前記第１光学要素を像側へ付勢することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第２弾性部材は、前記第１光学要素と前記第２光学要素との間隔が前記所定の間隔より小さい場合は、前記第２光学要素に向かう方向とは反対の方向に前記第１光学要素を付勢し、前記第１光学要素に向かう方向とは反対の方向に前記第２光学要素を付勢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弾性部材は、前記光軸の周りにおける複数の箇所にそれぞれ配置された複数の弾性部材を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学装置。
5. 前記第２弾性部材は、前記光軸の周りにおける複数の箇所にそれぞれ配置された複数の弾性部材を含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記第２弾性部材は、前記光軸の周りにおける３箇所にそれぞれ配置された３つの弾性部材を含むことを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
7. 前記第２弾性部材は、前記光軸の周りにおいて非回転対称に配置された弾性部材を含み、前記第２光学要素の重心の位置により前記第２光学要素に作用するモーメントの方向に、前記第２光学要素にモーメントを作用させることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記第２弾性部材は、前記光軸の周りにおいて１箇所に配置された１つの弾性部材からなることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
9. 前記第２弾性部材は、前記第１光学要素および前記第２光学要素のうちの一方に支持されていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の光学装置。
10. 前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のうち少なくとも一方は、バネを含むことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の光学装置。
11. 前記第１弾性部材は、引張バネを含み、前記第２弾性部材は、圧縮バネを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
12. 前記第１光学要素および前記第２光学要素のうち少なくとも一方は、レンズおよび絞りのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の光学装置。
13. 前記レンズは、変倍および合焦のうち少なくとも一方のために移動することを特徴とする請求項１２に記載の光学装置。
14. 前記第１光学要素は、コンペンセータレンズユニットを含み、前記第２光学要素は、バリエータレンズユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の光学装置。
15. 前記第１光学要素および前記第２光学要素を移動させるためのカム部材を含むことを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか１項に記載の光学装置。
16. 前記第１光学要素および前記第２光学要素を介して形成された像を受ける撮像素子を有することを特徴とする請求項１乃至１５のうちいずれか１項に記載の光学装置。

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