JP6278735B2 - 偏心調整装置、光学機器および偏心調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、偏心調整装置、光学機器および偏心調整方法に関する。

特許文献１は、カムピンの第一の径部が円周方向溝に嵌入し、カムピンの第二の径部が案内溝とカム溝に嵌入すると共に第一の径部に対して偏心し、第二の径部の中心軸回りにカムピンが回転なレンズ移動装置を提案している。これにより、光学素子の光軸倒れを調整することができる。

特開平０２−１１３２１４号公報

しかしながら、特許文献１の構成は、レンズの平行偏心を調整することができない。ここで、「平行偏心調整」とは、理想的な光軸に直交する平面内でレンズ等の光学素子の光軸の位置を（例えば、理想的な光軸に一致するように）調整する（ｄｅｃｅｎｔｅｒ）ことをいう。一方、「光軸倒れ」とは、理想的な光軸に対する光学素子の光軸の傾き（ｔｉｌｔ）をいう。そして、平行偏心調整が光軸倒れをもたらす場合には光学性能を維持するために最も大きい光軸倒れ量が許容範囲内にある必要がある。

本発明の例示的な目的は、光軸倒れ量を許容範囲内に抑えた状態で光学素子の平行偏心調整を行うことが可能な偏心調整装置、光学機器および偏心調整方法を提供することである。

本発明の偏心調整装置は、保持部材に保持された光学素子の平行偏心を調整する偏心調整装置であって、複数の案内溝を備えた案内部材と、複数のカム溝を備えたカム部材と、それぞれが、案内溝とカム溝の交点に位置する３つの偏心コロと、を有し、各偏心コロは、前記カム溝に挿入された第１円筒部と、前記案内溝に挿入されて前記第１円筒部と同心円筒である第２円筒部と、前記第１円筒部および前記第２円筒部に対して偏心して前記保持部材に係合される第３円筒部と、を含み、前記３つの偏心コロは、２つの第１偏心コロと１つの第２偏心コロからなり、前記第１偏心コロの前記第３円筒部の第１偏心量は前記第２偏心コロの前記第３円筒部の第２偏心量よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、光軸倒れ量を許容範囲内に抑えた状態で光学素子の平行偏心調整を行うことが可能な偏心調整装置、光学機器および偏心調整方法を提供することができる。

本実施形態の撮像システムの断面図である。 図１に示す撮像システムのシステムブロック図である。 偏心コロの拡大斜視図である。 図１に示す光学ユニットの図である。 本実施形態の偏心コロによる調整前の図４に示す光学ユニットの概略拡大図である。 本実施形態の偏心コロによる調整後の図４に示す光学ユニットの概略拡大図である。 比較例の偏心コロによる調整前の光学ユニットの概略拡大図である。 比較例の偏心コロによる調整後の光学ユニットの概略拡大図である。

図１は、交換レンズ２００とカメラ本体５００から構成される撮像システム（光学機器）の断面図である。交換レンズ（レンズユニット）２００はカメラ本体５００に着脱可能に構成される光学機器である。カメラ本体５００は、本実施形態では一眼レフカメラ（光学機器）として構成されているが、ミラーレスカメラとして構成されてもよい。また、本発明は、デジタルスチルカメラだけでなくデジタルビデオカメラ、レンズ一体型のカメラにも適用可能である。

交換レンズ２００は、被写体の光学像を形成する撮影光学系を有する。本実施形態の撮影光学系は、１群レンズ１、２群レンズ３、３群レンズ５、防振レンズ７、フォーカスレンズ９、５群レンズ１２、絞りユニット３４を有する。

２は１群レンズ１を保持する１群鏡筒、１７は１群鏡筒を固定する１群筒、４は２群レンズ３を保持する２群鏡筒、６は３群レンズ５を保持する３群鏡筒（保持部材）である。防振レンズ７は光軸に垂直な方向に移動することで像ブレを補正し、防振装置８に保持されている。防振装置８は３群鏡筒６に固定されている。

１０はフォーカスレンズ９を保持するフォーカス鏡筒であり、４群鏡筒１１に設けられた案内機構、駆動機構によって光軸方向へ移動し、焦点調節を行う。１３は５群レンズ１２を保持する５群鏡筒を示す。絞りユニット３４は光量調節を行い、３群鏡筒６に固定される。

１４は案内筒（案内部材）であり、後述する図４（ｃ）に示すように、複数の（本実施形態では周方向に３箇所の光軸に平行な）案内溝１４ａが設けられている。３群鏡筒６は、カム環１６が回転すると、案内溝１４ａに沿って偏心コロが摺動し光軸方向に移動する。案内筒１４は固定されているものとする。また、案内筒１４は、その外周においてカム環１６と嵌合し、カム環１６に対して摺動する。

１６は案内筒１４の外周に回転可能に嵌合したカム環（カム部材）である。後述する図４（ｂ）に示すように、カム環１６の周方向には複数の（本実施形態では各レンズに対して周方向に３つの計１２カ所の）カム溝１６ａが設けられている。

２３は固定鏡筒を示し、案内筒１４を固定する。３１はレンズの駆動用ＩＣ、マイコン等が配置されたプリント基板を示し、固定鏡筒２３に固定されている。

２７は外観リングユニットであり、３２はマウントである。マウント３２は固定鏡筒２３にビス固定される。リングユニット２７は固定鏡筒２３とマウント３２に挟まれ固定される。１９はマニュアルフォーカスリング（ＭＦ）ユニットであり、固定鏡筒２３を軸として回転可動に支持されている。ＭＦユニット１９を回転させると、その回転を不図示のセンサが検出し、回転量に応じて手動の焦点調節を行う。

３３は接点ブロックであり、プリント基板３１と不図示の配線（ＦＰＣなど）によって接続されて、マウント３２にビス固定される。交換レンズ２００はカメラ本体５００にマウント３２でバヨネット固定される。カメラ本体５００に交換レンズ２００がマウント３２で固定されると、各レンズの動作を制御するプリント基板３１は接点ブロック３３を通してカメラ本体５００と通信可能となる。

６００はカメラ本体５００に搭載された撮像素子であり、撮影光学系が形成した光学像を光電変換するＣＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換素子である。

図２は、撮像システムの電気的構成を示すブロック図である。

５０１はマイクロコンピュータにより構成されるカメラＣＰＵ（カメラ制御手段）であり、カメラ本体５００内の各部の動作を制御する。カメラＣＰＵ５０１は、交換レンズ２００の装着時に電気接点５０２，２０２を介して、交換レンズ２００のレンズＣＰＵ２０１（レンズ制御手段）と通信を行う。

カメラＣＰＵ５０１がレンズＣＰＵ２０１に送信する情報（信号）には、フォーカスレンズ９の駆動量情報、平行振れ情報およびピントずれ情報が含まれる。レンズＣＰＵ２０１からカメラＣＰＵ５０１に送信する情報（信号）には、撮像倍率情報が含まれる。電気接点５０２，２０２には、カメラ本体５００から交換レンズ２００に電源を供給するための接点が含まれている。

５０３は撮影者により操作可能な電源スイッチであり、カメラＣＰＵ５０１を起動したりカメラシステム内の各アクチュエータやセンサ等への電源供給を開始したりするためのスイッチである。

５０４は撮影者により操作可能なレリーズスイッチであり、第１ストロークスイッチＳＷ１と第２ストロークスイッチＳＷ２とを有する。レリーズスイッチ５０４からの信号は、カメラＣＰＵ５０１に入力される。カメラＣＰＵ５０１は、第１ストロークスイッチＳＷ１からのＯＮ信号の入力に応じて、撮影準備状態に入る。撮影準備状態では、測光部５０５による被写体輝度の測定と、焦点検出部５０６による焦点検出が行われる。カメラＣＰＵ５０１は、測光結果に基づいて絞りユニット３４の絞り値や撮像素子６００の露光量（シャッタ秒時）等を演算する。

カメラＣＰＵ５０１は、焦点検出部５０６による焦点検出結果（デフォーカス量およびデフォーカス方向）に基づいて、被写体に対する合焦状態を得るためのフォーカスレンズ９およびフォーカス鏡筒１０の駆動量（駆動方向を含む）を決定する。駆動量の情報（フォーカスレンズ駆動量情報）は、レンズＣＰＵ２０１に送信される。レンズＣＰＵ２０１は、交換レンズ２００の各構成部の動作を制御する。

カメラＣＰＵ５０１は、防振装置８による防振を制御する。また、第２ストロークスイッチＳＷ２からのＯＮ信号が入力されると、カメラＣＰＵ５０１は、レンズＣＰＵ２０１に絞り駆動命令を送信し、絞りユニット３４を介して絞り値を設定させる。更に、カメラＣＰＵ５０１は、露光部５０７に露光開始命令を送信し、不図示のミラーの退避動作や不図示のシャッタの開放を行わせ、撮像素子６００を含む撮像部５０８の露光を行わせる。

撮像部５０８（撮像素子６００）からの撮像信号は、カメラＣＰＵ５０１内の信号処理部にてデジタル変換され、各種補正処理が施されて画像信号として出力される。画像信号（データ）は、画像記録部５０９において、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体に記録保存される。

２０４はＭＦリング回転検出部であり、ＭＦユニット１９とその回転検出部とを含む。２０５はＺＯＯＭリング回転検出部であり、マニュアルズームリング３５とその回転検出を行う不図示のセンサとを含む。２０６は防振装置駆動部であり、防振動作を行う防振装置８の駆動アクチュエータとその駆動回路とを含む。

２０９はＡＦ駆動部であり、カメラＣＰＵ５０１から送信されたフォーカスレンズ駆動量情報に応じてＡＦモータを通じてフォーカス鏡筒１０のＡＦ駆動を行う。２０８は電磁絞り駆動部であり、カメラＣＰＵ５０１からの絞り駆動命令を受けたレンズＣＰＵ２０１により制御されて、絞りユニット３４を指定された絞り値に相当する開口状態に動作させる。

２１１は交換レンズ２００に搭載され、プリント基板３１に接続された角速度センサである。角速度センサ２１１は、カメラシステムの角度振れである縦（ピッチ方向）振れと横（ヨー方向）振れのそれぞれの角速度を示す角速度信号をレンズＣＰＵ２０１に出力する。

レンズＣＰＵ２０１は、角速度センサ２１１からのピッチ方向およびヨー方向の角速度信号を電気的又は機械的に積分して、それぞれの方向での変位量であるピッチ方向振れ量及びヨー方向振れ量（これらをまとめて角度振れ量ともいう）を演算する。また、レンズＣＰＵ２０１は、角度振れ量と平行振れ量の合成変位量に基づいて防振装置駆動部２０６を制御して防振装置８の移動群７００をシフト駆動させ、角度振れ補正および平行振れ補正を行う。更に、レンズＣＰＵ２０１は、ピントずれ量に基づいてＡＦ駆動部２０９を制御してフォーカス鏡筒１０を光軸方向に駆動させ、焦点調節を行う。

検出手段からレンズＣＰＵ２０１へのズーム、フォーカス、防振動作などの検出信号や、レンズＣＰＵ２０１から各アクチュエータへの制御信号の通電はＦＰＣで行う。

図３は、３群レンズ５を平行偏心調整するのに使用される偏心コロ（第１偏心コロ）４０の拡大斜視図である。本実施形態では３つの偏心コロが１２０度間隔で周方向に設けられ、３つの偏心コロは、２つの偏心コロ４０と１つの偏心コロ５０からなる。各偏心コロは、案内筒１４の対応する案内溝１４ａと対応するカム環１６のカム溝１６ａの交点に位置する。案内溝１４ａとカム溝１６ａと偏心コロの共同作用によって３群レンズ５の平行偏心調整を行うことができ、偏心調整装置を構成する。

なお、本実施形態では３群レンズ５の平行偏心調整を行うが、平行偏心調整を行う対象としての光学素子は３群レンズ５に限定されない。

各偏心コロは、カム溝１６ａに挿入される第１円筒部と、案内溝１４ａに挿入されて第１円筒部と同心円筒である第２円筒部と、第１円筒部および前記第２円筒部に対して偏心して３群鏡筒６に係合される第３円筒部と、を含む。

図３に示す偏心コロ４０は、カム溝１６ａに挿入された第１円筒部４１、案内溝１４ａに挿入された第２円筒部４２、３群鏡筒６の穴部であるコロ座６ａに挿入される第３円筒部４３を有する。第１円筒部４１と第２円筒部４２は同心円筒であり、第３円筒部４３は第１円筒部４１と第２円筒部４２に対して偏心している。中央は中空部になっており、後述するようにビス６０が挿入される。

本実施形態では、第１円筒部４１と第２円筒部４２の径は等しく第１径部と把握され、第３円筒部４３の径はそれよりも若干大きく第２径部と把握されてもよいが、これは必須ではない。また、第３円筒部４３は３群鏡筒６のコロ座６ａに回転可能に挿入されて係合しているが、係合方法は問わない。

第１円筒部４１は２つの溝４１ａと１つの溝４１ｂを有する。

２つの溝４１ａは、例えば、不図示のマイナスドライバーが挿入されるすり割りである。マイナスドライバーによって偏心コロ４０が回転し、平行偏心調整を行うことができるが、これについては図４以降で後述する。なお、外部部材と係合して偏心コロ４０の回転を可能にする構造であれば、溝に限定されず、凸部などでもよい。

溝４１ｂは、偏心コロ４０の回転角の目安を与える目印部である。目印部は溝形状に限定されず凸部でも、印字でもよい。本実施形態では、偏心コロ４０の回転角度は０度から９０度の範囲で設定される。目印部によって大凡の回転角（例えば、３０度、４５度、６０度）を把握することができると共に、９０度を超える角度が設定される（例えば、４５度の代わりに１３５度が設定される）ことを防止することができる。

偏心コロ４０に回転角を規制するストッパーを設けて、偏心コロ４０の回転角を０度から９０度に機械的に規制してもよい。

偏心コロ４０の第３円筒部４３の偏心量（第１偏心量）は偏心コロ５０の第３円筒部の偏心量（第２偏心量）よりも大きい。第１偏心量は、上述したように、第３円筒部４３の中心軸と第１円筒部４１（第２円筒部４２）の中心軸との距離である。これらの中心軸は平行であり、中心軸間の距離はこれらの中心軸に垂直な平面上における間隔である。第２偏心量についても同様である。

この結果、０＜（第２偏心量）＜（第１偏心量）となるが、好ましくは、第２偏心量は第１偏心量の１／√２倍またはその近傍の値に設定される。即ち、第２偏心量は、第１偏心量の０．７／√２倍から第１偏心量の１．３／√２倍の間の値を有することが好ましい。

図４（ａ）は、３群鏡筒６、カム環１６および案内筒１４からなる光学ユニットの光軸方向から見た正面図である。説明の便宜上、他の群は省いているが、光学調整を行う際は、すべての光学系が組み立てられた状態で平行偏心調整を行い、光軸出しを行う。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す光学ユニットの側面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、偏心コロ４０と５０の中心を通る断面が切られている。図４（ｄ）は、平行偏心調整前の偏心コロ４０、５０と３群鏡筒６との関係を示す概略断面図であり、説明の便宜上、偏心コロ４０と５０の偏心量を実際より大きく示した側面図である。

３群鏡筒６の外周に１２０度間隔でコロ座６ａが設けられている。３箇所のコロ座６ａのうち２箇所は偏心コロ４０を保持し、他の１箇所は偏心コロ５０を、それぞれビス６０を介して保持している。

図４（ｄ）に示すように、偏心コロ４０の第１偏心量δＡ、偏心コロ５０の第２偏心量δＢをδＡ＞δＢに設定している。偏心調整前の状態では、偏心方向が光軸方向（案内溝１４方向）と一致するように偏心コロ４０と偏心コロ５０を組み込む。偏心量の違いによって、偏心調整前の初期状態において、３群レンズ５は、点線で示す理想光軸から反時計回りに、一点鎖線で示すように、θ１だけ傾いていることが分かる。

図５と図６は、本実施形態における、３群鏡筒６、カム環１６および案内筒１４からなる光学ユニットの偏心コロ周辺の概略拡大図であり、説明の便宜上、偏心量を誇張して模式的に示している。

図５は、偏心コロ４０による平行偏心調整を行う前の状態を示し、図６は、偏心コロ４０による平行偏心調整を行った後の状態を示している。図５（ａ）、図６（ａ）は、光軸に直交する方向から見た一部透過正面図である。図５（ｂ）、図６（ｂ）は、その一部透過上面図である。図５（ｃ）、図６（ｃ）は、その一部透過側面図である。ｘ軸は光軸方向であり、ｙ軸は光軸に直交する方向である。

本実施形態は、偏心量の異なる偏心コロ４０と５０を用い、組込状態では図５（ｃ）に示すように、理想光軸に対してθ１の傾きを３群レンズ５に生じさせている。そこから、偏心コロ４０を回転させることによって、３群レンズ５の傾きは連続的に変化し、図６（ｃ）に示すように、傾き方向が逆転してθ２となる。

本実施形態の偏心調整方法は、偏心調整装置を利用して３群鏡筒６に保持された３群レンズ５の平行偏心を調整するが、３群レンズ５の平行偏心を調整する前の配置に特徴がある。

即ち、３群レンズ５の平行偏心を調整する前は、３群レンズ５の光軸は所定の軸（理想光軸）に対して（図５（ｃ）ではθ１だけ）傾斜しており、偏心コロ４０を所定方向に回転させると、３群レンズ５の光軸の所定の軸に対する角度は連続的に小さくなる。３群レンズ５の光軸が所定の軸に一致した後で偏心コロ４０を前記所定方向に更に回転させると、３群レンズ５の光軸の所定の軸に対する角度は平行偏心を調整する前とは逆方向に大きくなる。そして、最も大きく偏心調整した後の３群レンズ５の光軸の所定の軸に対する角度はθ２となる。つまり、３群レンズ５の光軸倒れ量は、θ２方向を＋とすると、−θ１〜＋θ２まで変化することになる。そして、θ１の絶対値とθ２の絶対値が許容範囲内であれば、３群レンズ５の平行偏心に伴う光軸倒れ量は許容範囲内となる。θ１の絶対値とθ２の絶対値は等しくてもよいし、どちらかが大きくてもよい。

（比較例）
図７と図８は、比較例としての３群鏡筒６、カム環１６および案内筒１４からなる光学ユニットの偏心コロ周辺の概略拡大図である。比較例も３つの偏心コロを使用しているが、３つの偏心コロが３つの偏心コロ４０から構成されている点で本実施形態とは相違する。図７と図８も、説明の便宜上、偏心量を誇張して模式的に示している。

図７は、偏心コロ４０による平行偏心調整前の状態を示し、図８は、偏心コロ４０による平行偏心調整後の状態を示している。図７（ａ）、図８（ａ）は、光軸に直交する方向から見た一部透過正面図である。図７（ｂ）、図８（ｂ）は、その一部透過上面図である。図７（ｃ）、図８（ｃ）は、その一部透過側面図である。

図７（ｃ）に示すように、偏心調整前の組込状態では３群レンズ５の光軸の理想光軸に対する傾きは略０となっている。図７と図８において、偏心調整は２箇所の偏心コロ４０を回転することで行なう。偏心方向が光軸方向（案内溝１４ａの方向）とすると、偏心コロ４０の４１ａをマイナスドライバー等で回転させる回転角をθとすると、３群鏡筒６のコロ座６ａは、ｙ＝δＡｓｉｎθだけ変化する。これにより、所望の偏心位置に３群レンズ５を移動させることができる。

しかしながら、図８（ａ）に示すように、コロ座６ａは光軸方向にｘ＝δＡ（１−ｃｏｓθ）だけ変位する。コロ座６ａは光軸方向にｘだけ変化すると、それにより、３群レンズ５には傾きθ３が生じる。図８は、図６と同じ角度だけ偏心コロ４０を回した状態を示しており、図８（ｃ）に示す３群レンズ５の傾きをθ３とすると│θ２│＜│θ３│となる。また、偏心調整に必要な偏心量ｙ＝ｙ１とすると、それに伴う光軸方向の変化量ｘ＝ｘ１とする。δＡ−δＢ＜ｘ１となるように偏心量を設定する。こうすると│θ１│＜│θ３│となる。

つまり、比較例では、３群レンズ５の光軸倒れ量は、０〜＋θ３まで変化することになる。そして、θ１の絶対値とθ２の絶対値が許容範囲内であっても、それよりも大きいθ３の絶対値が許容範囲外となる可能性があり、光学性能が劣化するおそれがある。例えば、Ｗｉｄｅ（広角端）状態で調整を行う場合、倒れの変化は、Ｔｅｌｅ（望遠端）の中心解像度に悪影響を与える。

なお、本実施形態では、偏心調整に必要な偏心量ｙ＝ｙ１と述べたが、偏心コロ４０には溝４１ｂがあり、偏心コロ４０の回転角を認識できるので、必要以上にコロを回して、性能を悪化させたり、調整に時間がかかることはない。

以上のように、偏心量の異なる偏心コロ４０と偏心コロ５０を用いると、平行偏心調整によって生じる、３群レンズ５の傾きを小さく抑えることができる。これによりすべて同じ偏心コロを用いた場合よりも、光学性能をより向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明は、レンズ鏡筒などの光学機器に適用することができる。

５…３群レンズ（光学素子）、６…３群鏡筒（保持部材）、１４…案内筒（案内部材）、１４ａ…案内溝、１６…カム環（カム部材）、１６ａ…カム溝、４０…偏心コロ（第１偏心コロ）、４１…第１円筒部、４２…第２円筒部、４３…第３円筒部、５０…偏心コロ（第２偏心コロ）

Claims (6)

1. 保持部材に保持された光学素子の平行偏心を調整する偏心調整装置であって、
   複数の案内溝を備えた案内部材と、
   複数のカム溝を備えたカム部材と、
   それぞれが、案内溝とカム溝の交点に位置する３つの偏心コロと、
   を有し、
   各偏心コロは、前記カム溝に挿入された第１円筒部と、前記案内溝に挿入されて前記第１円筒部と同心円筒である第２円筒部と、前記第１円筒部および前記第２円筒部に対して偏心して前記保持部材に係合される第３円筒部と、を含み、
   前記３つの偏心コロは、２つの第１偏心コロと１つの第２偏心コロからなり、前記第１偏心コロの前記第３円筒部の第１偏心量は前記第２偏心コロの前記第３円筒部の第２偏心量よりも大きいことを特徴とする偏心調整装置。
2. 前記第１偏心コロは、回転角の目安を与える目印部を含むことを特徴とする請求項１に記載の偏心調整装置。
3. 前記第１偏心コロの回転角を規制するストッパーを更に有することを特徴とする請求項１に記載の偏心調整装置。
4. 前記第２偏心量は、前記第１偏心量の０．７／√２倍から前記第１偏心量の１．３／√２倍の間の値を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の偏心調整装置。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の偏心調整装置を有することを特徴とする光学機器。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の偏心調整装置を利用して保持部材に保持された光学素子の平行偏心を調整する偏心調整方法であって、
   前記光学素子の平行偏心を調整する前は、前記光学素子の光軸は所定の軸に対して傾斜しており、前記偏心調整装置の前記第１偏心コロを所定方向に回転させると前記光学素子の前記光軸の前記所定の軸に対する角度は小さくなり、前記光学素子の光軸が前記所定の軸に一致した後で前記第１偏心コロを前記所定方向に更に回転させると前記光学素子の前記光軸の前記所定の軸に対する角度は前記平行偏心を調整する前とは逆方向に大きくなるように前記光学素子が配置されていることを特徴とする偏心調整方法。