(57)【要約】【課題】レンズ間隔が狭い場合や直径の大きなレンズを用いる場合であっても、温度変動によるボケが生じないようにしたレンズ装置を簡単な構造にて提供する。【解決手段】アサーマルレンズ装置１０は、レンズ１２，１３と、レンズ１２を収容し保持するレンズ枠１４と、レンズ枠１４を像面側の方向に押圧するコイルバネ１５と、断面が円形の棒状素材を輪にして形成したリング状部材１６と、それらを収容する鏡筒部材１７とを備える。レンズ枠１４は像面側に光軸２０と直交する押圧面２５を備え、鏡筒部材１７はレンズ収容部１８の像面側の端に円錐面形状の摺接面２６を備える。リング状部材１６は熱膨張係数が極めて小さいインバー材が用いられ、摺接面２６と平面状の押圧面２５との間に配置される。リング状部材１６はコイルバネ１５の付勢力によって押圧面２５を介して摺接面２６に常に押し付けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光学レンズを保持し、バネによって光軸方向に押し付けられるレンズ枠と、
前記レンズ枠を光軸方向に移動自在に支持するとともに光軸を中心とする直径が光軸に沿って変化する回転対称曲面が形成された鏡筒部材と、
前記鏡筒部材より熱膨張係数の小さい材質によって光軸を中心にした円環状に形成され、前記レンズ枠と前記回転対称曲面とで挟持されたリング状部材と、
を備えたことを特徴とするレンズ装置。
【請求項２】
前記回転対称曲面は円錐面であることを特徴とする請求項１記載のレンズ装置。
【請求項３】
前記リング状部材は、前記回転対称曲面と当接する部分に断面が凸の曲面の面取りが施されていることを特徴とする請求項１又は２記載のレンズ装置。
【請求項４】
前記断面が凸の曲面の面取りとは、断面が円弧状のＲ面取りであることを特徴とする請求項３記載のレンズ装置。
【請求項５】
前記リング状部材は、前記円錐面と当接する部分に前記円錐面と同じ傾斜角の面取りが施されていることを特徴とする請求項２記載のレンズ装置。
【請求項６】
前記リング状部材はインバー材で形成されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のレンズ装置。
【請求項７】
前記光学レンズはカルコゲナイド系赤外レンズであることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のレンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境温度の変化によるピントずれを自動的に補正するレンズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラなどに用いられるレンズの焦点位置は環境温度の変化によって変動する。特に、夜間屋外で使用される赤外線監視カメラや車載カメラの環境温度は高温から低温までの幅が広く、焦点位置の変動による像のピンボケも大きい。温度によるレンズの焦点変動の原因は、レンズの熱膨脹・収縮によるレンズ屈折力の変化、レンズを保持する鏡胴部材の熱膨脹・収縮によるレンズ間隔の変化などが挙げられる。
【０００３】
熱膨張・収縮に起因する焦点ずれを自動的に補正する機構を備えたレンズはアサーマルレンズ又はアサーマルレンズ装置と呼ばれ、環境温度の変化によって生じるピンボケ量が許容内に抑えられる。例えば、下記特許文献１には、鏡胴部材の熱膨脹・収縮によるピンボケに対して、鏡胴部材とは異なる熱膨張係数の材料で作られた支持部材で一部のレンズを支持することによってレンズ間隔を変化させ、バックフォーカスを自動的に調整してピンボケを許容内に抑える方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５４−０１９７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、レンズ系を構成する複数のレンズを支持する鏡胴部材にアルミ材を用い、レンズ系の中間に配置された補正レンズをアルミ材より熱膨張係数の大きいプラスチック材又は熱膨張係数の小さい鉄で形成した支持部材で支持する構成となっているが、これら支持部材に用いられる材質には限りがあり、レンズ系の構成によっては適当な熱膨張係数の材質が見つからないことが多い。また、各レンズの間隔が狭いなど構造的に支持部材の長さを十分に確保できない場合は材質の選定が更に困難となる。
【０００６】
このような場合、鏡胴部材に熱膨張係数が極めて小さいインバー材を使用すれば、支持部材の材質の選定がし易くなり適宜必要な熱膨張係数の材料を用いることができる。しかし、インバー材は高価であるから鏡胴部材に用いるとコスト的負担が大きくなってしまう。また、支持部材と鏡胴部材の熱膨張係数が異なるためこれらの嵌合部分には十分な隙間を確保しなければならず、ガタの生じないように大きな隙間を設けることは難しく、例えば直径６０ｍｍのレンズなどレンズ径が比較的大きい場合はレンズの直径方向への熱膨脹・収縮も大きく、これに配慮したレンズ支持構造は非常に複雑なものになってしまうので監視カメラのようにコンパクト性を要求されるものには不向きである。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、レンズ間隔が狭い場合や直径の大きなレンズを用いる場合であっても、温度変動によるボケが生じないようにしたレンズ装置を、簡単な構造・省スペースにて提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるレンズ装置は、少なくとも１つの光学レンズを保持しバネによって光軸方向に押し付けられるレンズ枠と、前記レンズ枠を光軸方向に移動自在に支持するとともに光軸を中心とする直径が光軸に沿って変化する回転対称曲面が形成された鏡筒部材と、前記鏡筒部材より熱膨張係数の小さい材質によって光軸を中心にした円環状に形成され、前記レンズ枠と前記円錐面とで挟持されたリング状部材と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記リング状部材は前記回転対称曲面と当接する部分に断面が凸の曲面の面取りが施されているようにすると良く、円弧状のＲ面取りとしても良い。前記回転対称曲面は円錐面に形成すると良い。前記リング状部材は前記円錐面と当接する部分に前記円錐面と同じ傾斜角の面取りが施されているようにしても良い。前記リング状部材はインバー材で形成されることが好ましい。前記光学レンズはカルコゲナイド系赤外レンズであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、温度補償の為のメカニズムスペースが小さいので、光軸方光に長いスペースを必要とするレンズ支持部材は用いないのでレンズ間隔が狭くてもレンズ支持構造が複雑になることはなく、また、直径の大きなレンズであっても問題なく、環境温度の変化に対応してピント調節が自動的に行われるレンズ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるアサーマルレンズ装置の構成を示す断面図である。
【図２】レンズ枠及びリング状部材の移動を説明する模式図である。
【図３】レンズ枠及びリング状部材の移動量を求めるための説明用の図である。
【図４】リング状部材のＲ面取りを説明する断面図である。
【図５】リング状部材の他の面取り形状を説明する断面図である。
【図６】摺接面を曲面にした説明のための断面図である。
【図７】摺接面を別の曲面にした説明のための断面図である。
【図８】別のアサーマルレンズ装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示すように、本発明によるアサーマルレンズ装置１０は、赤外線監視カメラに搭載され、結像光学系を構成する光学レンズ（以下、単にレンズと言う）１２，１３にはカルコゲナイド赤外レンズが採用される。レンズ１２，１３と、レンズ１２を収容し保持するレンズ枠１４と、レンズ枠１４を像面側の方向に押圧するコイルバネ１５と、断面が円形の棒状素材を輪にして形成したリング状部材１６と、それらを収容する鏡筒部材１７とを備え、レンズ１２はレンズ抑え環２２によって固定され、レンズ１３はレンズ１２より像面側に配置されてレンズ抑え環２３によって固定される。鏡筒部材１７は光軸２０を中心に円筒状に形成されたレンズ収容部１８を備え、レンズ収容部１８に収容されたレンズ枠１４を光軸２０に沿って移動自在に支持する。
【００１３】
レンズ枠１４は像面側に光軸２０と直交する押圧面２５を備える。鏡筒部材１７はレンズ収容部１８の像面側の端に摺接面（回転対称曲面、円錐面）２６を備え、摺接面２６は光軸２０を中心とする円錐面状に形成されるとともに光軸２０に対して所定の傾斜角θを有し、光軸２０に沿って像面側にいくに従って内径が小さくなる。リング状部材１６は熱膨張係数αが極めて小さいインバー材が用いられ、円錐面状の摺接面２６と平面状の押圧面２５との間に配置される。リング状部材１６はコイルバネ１５の付勢力によって押圧面２５を介して摺接面２６に常に押し付けられる。
【００１４】
レンズ枠１４及び鏡筒部材１７には熱膨張係数αが２３×１０−６／℃のアルミニウムが用いられ、リング状部材１６には熱膨張係数が０のインバー材が用いられる。ここで、リング状部材１６と摺接面２６とが接する円環状の接触部の直径Ｄが６６ｍｍであり、本実施例のレンズの場合、環境温度が１℃上昇するごとに焦点位置３０は、物体側に１．６４μｍ移動する光学的性質を有している。また、これを補正するためにはレンズ１２の像面側に１００μｍ移動させることにより焦点位置３０は像面側に５２μｍ移動できる光学的性質を有する場合、傾斜角θは、θ＝ａｒｃｔａｎ（（０．５Ｄ×α）／（１．６４×１００／５２））＝ａｒｃｔａｎ（０．７５９／３．１５４）＝１３．５３°によって求められ、摺接面２６は傾斜角θ＝１３．５３°に形成される。
【００１５】
次に、本発明による作用について説明する。レンズ１２，１３からなる光学系は、レンズの熱膨脹・収縮によるレンズ屈折力の変化やレンズを保持する鏡胴部材の熱膨脹・収縮によるレンズ間隔の変化によって、環境温度が１℃上昇するごとに焦点位置３０が物体側方向に１．６４μｍ移動するという性質を有するので、環境温度が２０℃上昇すると焦点位置３０が物体側方向に３２．８μｍ移動することになり、このままではピンボケになってしまうが、温度上昇にともなってレンズ１２と１３の間隔が変化して焦点位置を像面側方向に３２．８μｍ移動させるので、鏡筒部材の膨張による焦点移動がレンズ間隔の変動による焦点移動によって相殺され、ピンボケが自動的に補正される。
【００１６】
図２に示すように、環境温度が２０℃上昇した場合、レンズ枠１４が膨張し摺接面２６の径は矢印３１の方向に大きく広がり、２６ａから２６ｂに拡張する。摺接面２６ｂの半径寸法は２６ａに比べて、ΔＲ＝３３×１０−３×２３×１０−６×２０℃＝１５．１８μｍだけ大きくなる（図３参照）。リング状部材１６は、環境温度が上昇しても膨張しないので摺接面２６との間に隙間ができるが、押圧面２５に押圧されて摺接面２６に当接するまで矢印３２の方向に移動する。リング状部材１６が移動した分だけレンズ枠１４が移動し、レンズ１２も像面側方向へ移動する。
【００１７】
図３に示すように、レンズ１２の移動寸法は、リング状部材１６の移動寸法と同じであり、リング状部材１６と摺接面２６とが温度上昇前の当接点３４ａから温度上昇による移動の後の当接点３４ｂまでの寸法Ｌであるから、Ｌ＝ΔＲ／ｔａｎθ、ΔＲ＝１５．１８μｍ、θ＝１３．５３°、よりＬ＝６３．０８μｍとなる。レンズ１２が像面側に１００μｍ移動すると焦点位置３０は５２μｍ移動するので、６３．０８×（５２／１００）＝３２．８μｍ焦点位置３０が像面側に移動し、レンズの材質・鏡筒部材の膨張（１．６４μｍ×２０℃＝３２．８μｍ）による焦点位置３０の物体側方向への移動が相殺される。
【００１８】
なお、リング状部材１６は断面が円形でなくても良い。図４に示すように、リング状部材４０は断面が略矩形で、摺接面２６と接する所に断面が円弧状のＲ面取り４１が施されている。なお、Ｒ面取り４１に代わって断面が凸の曲面の面取りが施されていても良い。図５に示すリング状部材５０は、摺接面２６と接する所に摺接面２６と同じ傾斜角の円錐面状に面取り５１が施されている。リング状部材１６は鏡筒部材１７より熱膨張係数が十分に小さいものであれば必ずしもインバー材でなくても良い。
【００１９】
また、図６及び図７に示すように、摺接面２６は直線的に変化する円錐面でなくても良く、各温度における焦点移動を補正するためのレンズ１２の移動量と、摺接面２６の直径方向の変化量が直線的関係にならない場合は、それらの関係に基づく曲線的形状に形成された回転対称曲面であっても良い。
【００２０】
次に、別の実施形態について説明する。前記実施形態は、環境温度が上昇したときに２枚のレンズ１２，１３の間隔を狭めるようにレンズ１２を像面側に移動させる構成であったが、光学系の性質が環境温度の上昇で像面側方向に焦点位置が移動する場合は、環境温度の上昇によってレンズ１２を物体側に移動させる構成とする。なお、同じ部材、同じ部位は同じ符号を付して説明を省略する。図８に示すように、アサーマルレンズ装置７０は、レンズ７１を収容し保持するレンズ枠７２は、コイルバネ１５によって物体側へ押圧される。リング状部材１６はレンズ枠７２に形成された押圧面２５によって、鏡筒部材７３に固定された抑え環７４に形成された円錐面状の摺接面２６に押圧される。
【００２１】
レンズ枠７２、鏡筒部材７３、抑え環７４はアルミニウムで形成されているので、環境温度の上昇に伴って伸長するので、摺接面２６の直径は拡大する。コイルバネ１５によって摺接面２６に押し付けられたリング状部材１６の径は変化しないので、リング状部材１６は物体側へ移動する。リング状部材１６を押圧しているレンズ枠７２も物体側へ移動しレンズ７１が物体側へ移動する。こうして、温度上昇による像面側方向への焦点移動が、レンズ７１の物体側への移動により相殺され、ピンボケが解消される。
【００２２】
前記実施形態は、鏡筒部材１７にアルミニウムを用いたが、金属に限るものではなく、プラスチックで形成されたものでも良い。光学系を構成する２枚のレンズ１２，１３はカルコゲナイドではなく、赤外光学系に使用されるゲルマニウム（Ｇｅ），シリコン（Ｓｉ），硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの赤外光学材料であってもよく、更に赤外レンズでなく可視レンズであっても良い。また、２枚のレンズ１２，１３のうち、物体側の１枚に温度補正機能を設けたが、例えば、光学系を３枚のレンズで構成して、中間の１枚に温度補正機能を設けるようにしても良いし、光学系が１枚のレンズで構成されていても良い。あるいは、他の構成の光学系であっても良い。また、レンズ枠に取り付けられるレンズが複数枚であったり、接合レンズであっても差し支えない。
【符号の説明】
【００２３】
１０，７０  アサーマルレンズ装置（レンズ装置）
１２，１３，７１  光学レンズ（レンズ）
１４，７２  レンズ枠
１５  コイルバネ
１６，４０，５０  リング状部材
１７，７３  鏡筒部材
１８  レンズ収容部
２０  光軸
２２，２３  レンズ抑え環
２５  押圧面
２６，６１，６２  摺接面（回転対称曲面、円錐面）
２６ａ  温度上昇前の摺接面
２６ｂ  温度上昇後の摺接面
３０  焦点位置
３１，３２  矢印
３４ａ  温度上昇前の当接点
３４ｂ  温度上昇後の当接点
４１  Ｒ面取り（断面が凸の曲面の面取り）
５１  面取り（円錐面と同じ傾斜角の面取り）
７４  抑え環
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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