(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズをベルクランプで挟み込んだ状態で前記レンズの肉厚誤差量を検出する検出手段と、検出した前記肉厚誤差量に応じて、前記肉厚誤差量に起因する前記レンズが組み込まれる光学系の特性の変化を相殺するように、前記レンズの光軸方向の位置決めを行っている前記レンズの受面部の削り量を制御する加工手段とを有することを特徴とする加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の加工装置を用いて加工したレンズを含んだ光学系と、前記レンズを保持するレンズ保持部材とを有し、前記レンズの加工された受面部を前記保持部材のレンズ突き当て面に突き当て位置決めすることにより、前記肉厚誤差量に起因した前記光学系の特性の変化を抑制することを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項３】
請求項２のレンズ鏡筒と、レンズ系によって形成される像を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮影装置の光学系を構成するレンズの芯取り装置（加工装置）に関し、画素ピッチの小さな撮像素子においても光学性能の劣化を抑制することが可能な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ等の撮影装置の撮影光学系には、一般に複数個のレンズにより構成されており、各レンズはそれぞれの役割分担をもって、レンズ鏡筒内の予め定められた所定の位置に組み込まれ保持固定される。
【０００３】
光学系に要求される光学性能を満たすために、組み込まれる各レンズは所定の公差が設定されており、各レンズの製造誤差は所定の公差内に収まるように加工され、レンズ鏡筒の所定の場所に保持されレンズ系として組み立てられる。レンズ加工の公差が設定される主な項目としては
・中心肉厚公差  ：光軸上のレンズ中心肉厚誤差
・ニュートン公差：光学面の曲率半径誤差でニュートン原器を当てた時の干渉縞の本数で評価
等がある。
【０００４】
一般的なレンズ部品の公差を加工難易度別に示すと以下の表に示すようになる。
【０００５】
【表１】
0003935387.tif 000002
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、撮像素子の画素の狭ピッチ化、撮像素子イメージサイズの小型化にともない、レンズ部品に要求される公差が厳しくなっている。民生用ビデオカメラ用撮像素子として従来主流であった１／２型（イメージサイズφ８ｍｍ）、１／３型（イメージサイズφ６ｍｍ）、が現在は１／４型（イメージサイズφ４．５ｍｍ）、１／６型（イメージサイズφ３ｍｍ）になり、更に１／７型（イメージサイズ２．６ｍｍ）になろうとしている。
【０００７】
光学系仕様の画角が同じ条件設定の場合は、撮像素子イメージサイズの小型化に伴いレンズ系の焦点距離が短くなる。たとえば、撮影画角、開放Ｆナンバーの光学仕様が同じ場合、イメージサークルφ６ｍｍで設計されたレンズ系の肉厚、空気間隔、曲率半径、光線有効径を半分に比例縮小すると焦点距離が半分になり、原理的にはイメージサークルφ３ｍｍの光学系になる。イメージサークルφ６ｍｍとイメージサークルφ３ｍｍのこの２本のレンズの幾何光学的な設計基準状態の光学性能は同等である。
【０００８】
しかし、同等の製造誤差をこの２本のレンズに与えた場合の製造誤差による光学性能劣化は同等ではなく、イメージサイズの小さなレンズの方が光学性能の劣化が大きい。製造誤差による光学性能劣化を同等に押えるためには、肉厚誤差、空気間隔誤差、曲率半径誤差の許容公差はイメージサークルφ６ｍｍのレンズに対し、イメージサークルφ３ｍｍのレンズは厳しく、誤差量を半分に抑える必要がある。
【０００９】
従来、製造誤差による光学性能変化の大きな光学部品については、設計基準状態に限りなく近づけるための高精度加工を行い光学性能を維持する考え方が一般的であった。
【００１０】
レンズ部品の肉厚公差、曲率半径公差を厳しくすると、加工難易度が高くなり、歩留まりが悪くなるためコストアップが問題になる。また極端に加工難易度が高くなると多くの手作業が入るため量産性に問題が生じる。
【００１１】
本発明は、従来のこのような課題を解決するためになされたもので、レンズの肉厚誤差がある程度生じた場合でも、そのレンズが鏡筒に組み込まれた状態で全系に与える光学特性変化（例えば収差変化）が最小限となるような手法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の芯取り装置は、レンズの肉厚誤差量を検出する検出手段と、肉厚誤差量に起因して変化する光学系の特性（例えば球面収差）を相殺するように、検出した肉厚誤差量に応じてレンズの受面部の芯取り量を変える加工手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明のレンズ鏡筒は、上記本発明の芯取り装置を用いて加工したレンズを含んだ光学系と、そのレンズを保持するレンズ保持部材とを有し、加工されたレンズ受面部を保持部材のレンズ突き当て面に突き当て位置決めすることにより、肉厚誤差量に起因した光学系の特性（例えば球面収差）の変化を抑制することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の撮影装置は、上基本発明のレンズ鏡筒と、レンズ系によって形成される像を受光するＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子とを備えることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
一般的な光学系はレンズ鏡筒の所定の位置に各レンズが保持され構成されている。各レンズの光軸と垂直方向の位置決めは、レンズ外径がレンズ保持部材の内径と嵌合することでなされる。各レンズの光軸方向の位置決めは、レンズ保持部材の受面部（突き当て面）にレンズ受面部を突き当てることでなされる。
【００１６】
レンズに肉厚誤差が生じた場合、鏡筒内に保持されるレンズはレンズ肉厚誤差に応じてそのレンズ前後の空気間隔も従属的に変化する。肉厚誤差が生じたレンズを含んだ光学系の収差変化は、レンズ肉厚誤差に起因したものだけでなく、そのレンズ前後の空気間隔変化をも加味したものとなる。
【００１７】
本実施形態では、レンズ肉厚誤差により発生する収差変化と、そのレンズ前後の空気間隔変化で発生する収差変化の変化比率に着目し、レンズ肉厚誤差で発生する収差を従属的に変化する空気間隔変化で相殺する方法を提案する。
【００１８】
具体的には、レンズ肉厚誤差が発生したレンズの肉厚誤差量を検出し、レンズ肉厚誤差量に応じてレンズ受面部の芯取り量（削り量）を適切な比率で制御し芯取り加工することで、そのレンズがレンズ鏡筒に組み込まれた状態でのそのレンズの前後の従属的に変化する空気間隔を制御し、レンズ系で発生する収差を相殺し光学性能劣化を低減させるものである。
【００１９】
初めに本実施形態で想定したレンズ鏡筒の構成について説明する。図１はレンズ鏡筒の概略図であり、図２はそのレンズ鏡筒が備えている光学系の断面図、図３はその光学系の収差図である。
【００２０】
図２に示した光学系の数値データを表２に示す。表２において、ｆは焦点距離、ＦＮｏ．はＦナンバー、ωは半画角、ｒｉは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目の光学部材肉厚又は空気間隔、ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材の屈折率とアッベ数である。＊印を付した第１２面、第１３面、第１６面は非球面であり、その非球面形状は、ｋを円錐係数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを非球面係数、ｈを光軸からの高さとするとき、以下の式によって表現される。
【００２１】
【外１】
0003935387.tif 000003
【００２２】
【表２】
0003935387.tif 000004
【００２３】
図１，２において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群であり、物体側から像側へ順にＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の４つのレンズ群が配置されたズームレンズである。またＧｉは物体側から数えて第ｉ番目のレンズを表す。
【００２４】
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４はそれぞれレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を保持するレンズ保持部材、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面であり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（光電変換素子）が配置される。ＧＢは光学的ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等を想定して光学設計上の目的で配置したガラスブロックである。
【００２５】
広角端（Ｗ端）から望遠端（Ｔ端）へのズーミングに際しては、第２レンズ群Ｌ２が像側へ移動することで変倍を行い、第４レンズ群Ｌ４が物体側へ凸状の軌跡を描いて移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補正している。また第４レンズ群Ｌ４はフォーカス用のレンズでもあり、物体側に繰り出すことにより無限遠物体から至近物体へのフォーカシングを行う。図２に示されるのは、広角端（Ｗ）、中間ズーム位置（Ｍ）、望遠端（Ｔ）の各レンズ群の位置である。図３はそれぞれ広角端（Ｗ）、中間ズーム位置（Ｍ）、望遠端（Ｔ）の諸収差図である。
【００２６】
レンズの肉厚又はレンズ間隔ｄｉが変化した場合の球面収差変化を算出した値を図４に示す。図４において、球面収差は広角端（Ｗ端）と望遠端（Ｔ端）状態での、光線比率７割の球面収差変化量で、各レンズ肉厚又はレンズ間隔が独立に０．０５ｍｍ増加した場合の値である。肉厚又は間隔が独立に変化するとは、レンズ肉厚が厚くなったり、レンズ間隔が広がったりしても、他のレンズ間隔への従属関係はなく単純にレンズ全長が変化した分だけ伸びる状態を言う。
【００２７】
図４から第１２番目、第１３番目、第１４番目の間隔が変化したときの球面収差量変化が大きいことが分かる。第１２番目の間隔は第３レンズ群Ｌ３のレンズＧ７の肉厚、第１３番目の間隔はレンズＧ７とレンズＧ８のレンズ間隔、第１４番目の間隔はレンズＧ８の肉厚である。
【００２８】
球面収差変化量の比率に着目すると、第１１番目と第１２番目と第１３番目の間隔同士の比率が約０：２：１である。これはレンズＧ７の肉厚誤差が増加した場合、レンズＧ７の肉厚誤差量の２倍の量を第１３番目の間隔を減少させることで球面収差が相殺できることを意味する。
【００２９】
また、第１３番目、第１４番目、第１５番目の間隔同士の球面収差変化量比率に着目すると約１：２：０である。これはレンズＧ８の肉厚誤差が増加した場合、レンズＧ８の肉厚誤差量の２倍の量を第１３番目の間隔を減少させることで球面収差が相殺できることを意味する。
【００３０】
このような肉厚誤差に連動したレンズ間隔の従属関係を実現するためには、レンズの光軸方向の位置決めを行っているレンズ受面部の芯取り量を肉厚誤差に応じて制御すると良い。以下に芯取り装置を用いてそれを実現する方法について説明する。
【００３１】
（実施例１）
図５はレンズＧ７のレンズ受面部Ｇ７ａの芯取り量を肉厚誤差に応じて制御する場合の例である。
【００３２】
本実施形態の芯取り装置は、固定側ベルクランプ１１、可動側ベルクランプ１２、肉厚誤差量検出手段１３、受面部芯取り量制御手段１４、芯取り砥石１５で構成される。
【００３３】
固定側ベルクランプ１１の先端のカップ１１ａと可動側ベルクランプ１２先端のカップ１２ａにレンズＧ７が挟み込まれ、クランプ軸に対してレンズＧ７の光軸出しを行う。可動側ベルクランプ１２の停止位置を肉厚誤差量検出手段１３で検出することでレンズＧ７の肉厚誤差量を検出する。レンズＧ７の肉厚誤差量情報を受面部芯取り量制御手段１４に伝え、レンズＧ７の受面部Ｇ７ａを芯取り砥石１５で加工し、芯取り量を制御する。
【００３４】
図１に示したようにレンズＧ７は像側の受面部でレンズ保持部材Ｈ３の突き当て面に突き当て保持されている。レンズＧ７の肉厚誤差が増加する方向に発生した場合、レンズＧ７の受面部を肉厚誤差量の２倍の量削るとレンズＧ７とレンズＧ８の空気間隔が２倍減少し、レンズＧ６とレンズＧ７の空気間隔が肉厚誤差量の１倍増加する。このように肉厚誤差量に応じてレンズ受面部の加工を行って芯取り量を変化させることで、レンズＧ７の前後の空気間隔が従属的に変化し、レンズ系の球面収差発生を相殺させることが可能となる。
【００３５】
（実施例２）
図６はレンズＧ８のレンズ受面部Ｇ８ａの芯取り量を肉厚誤差に応じて制御する場合の例である。芯取り装置を構成する部材については実施例１と同様である。
【００３６】
固定側のベルクランプ１１先端のカップ１１ａと可動側ベルクランプ１２先端のカップ１２ａにレンズＧ８が挟み込まれ，クランプ軸に対してレンズＧ８の光軸出しが行われる。可動側ベルクランプ１２の停止位置を肉厚誤差量検出手段１３によって検出することでレンズＧ８の肉厚誤差量を検出する。レンズＧ８の肉厚誤差情報を受面部芯取り量制御手段１４に伝え、レンズＧ８の受面部Ｇ８ａを芯取り砥石１５で加工し、芯取り量を制御する。
【００３７】
図１に示したようにレンズＧ８は像側の受面部でレンズ保持部材Ｈ３の突き当て面に突き当て保持されている。レンズＧ８の肉厚誤差が増加する方向に発生した場合、レンズＧ８の肉厚誤差量と同じだけ（１倍）受面部の芯取り量を減らしコバ部を残すことで、レンズＧ７とレンズＧ８の空気間隔が２倍減少し、レンズＧ８とレンズＧ９の空気間隔が１倍増加する。このように肉厚誤差量に応じてレンズ受面部の加工を行って芯取り量を変化させることで、レンズＧ８の前後の空気間隔が従属的に変化し、レンズ系の球面収差発生を相殺させることが可能となる。
【００３８】
実施例１及び実施例２で説明した肉厚誤差検出は、精度良く作製された基準レンズをベルクランプで挟み込んだ状態の可動側ベルクランプ１２の停止位置を基準とし、実際に加工するレンズをベルクランプで挟み込んだ状態での可動側ベルクランプ１２の停止位置誤差から算出する。ベルクランプは圧力をかけて挟み込むため、加工回数を重ねると徐々に先端カップ部に磨耗や変形が生じベルクランプ停止位置に誤差が発生する。対策として所定回数加工したら再度基準レンズでベルクランプ停止基準位置を取り直すことが望ましい。また、ベルクランプ先端のカップ部の変形がある程度大きくなると、肉厚検出精度が低下するのでカップ部の修正加工を行うことが望ましい。
【００３９】
従来のレンズ芯取りは、固定側ベルクランプ１１の位置または、可動側ベルクランプ１２の位置を基準とし、レンズ肉厚誤差に関係なく一意的に面取り部芯取り量を設定していた。そのため、本実施形態で説明したごとく、肉厚誤差量に応じて光学系の収差発生量を相殺する方向に芯取り量を制御する発想は無かった。
【００４０】
なお本実施形態では、球面収差を目的とした補正例を示したが、目的にする収差は球面収差に限らず、周辺像面湾曲収差や周辺非点隔差など、それぞれのレンズ系で肉厚変化による性能劣化が問題となる収差を目的にすることが可能である。また本発明は収差補正だけでなく、焦点距離変化やバックフォーカス変化などの光学系の特性変化一般の補正にも応用可能である。
【００４１】
更に本実施形態の芯取り装置で加工したレンズは、銀塩写真用レンズや観察光学系への適用も可能であるが、特に撮像素子に像を形成する撮影装置の撮影光学系に用いれば、画素ピッチの小さな撮像素子であっても良好な画像情報を得ることが可能になり有効である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の加工難易度レベルのレンズ肉厚加工公差設定でも、そのレンズが鏡筒に組み込まれた状態で全系に与える光学性能劣化（収差変化）を最小限とすることができる。特に固体撮像素子に像を形成する撮影装置の撮影光学系に用いれば、画素ピッチの小さな撮像素子であっても良好な画像情報を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンズ鏡筒の概略図である。
【図２】ズームレンズの各ズーム位置での断面図である。
【図３】図２のズームレンズの諸収差図である。
【図４】図２のズームレンズの各間隔変化０．０５ｍｍに対する球面収差変化量の値である。
【図５】実施例１の芯取り方法を説明するための芯取り装置の概略図である。
【図６】実施例２の芯取り方法を説明するための芯取り装置の概略図である。
【符号の説明】
Ｌ１  第１レンズ群
Ｌ２  第２レンズ群
Ｌ３  第３レンズ群
Ｌ４  第４レンズ群
Ｈ１  レンズ保持部材
Ｈ２  レンズ保持部材
Ｈ３  レンズ保持部材
Ｈ４  レンズ保持部材
ＳＰ  開口絞り
ＩＰ  固体撮像素子
１１  固定軸側ベルクランプ
１２  可動軸側ベルクランプ
１３  肉厚誤差量検出手段
１４  受面部芯取り量制御手段
１５  芯取り砥石
【図１】
0003935387.tif 000005
【図２】
0003935387.tif 000006
【図３】
0003935387.tif 000007
【図４】
0003935387.tif 000008
【図５】
0003935387.tif 000009
【図６】
0003935387.tif 000010