JP2005173442A - レンズ駆動装置、レンズ鏡胴、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、駆動音の低減とバックラッシュの低減とを実現することができ、同時に、固定部材にぶつかった後にも復帰することができるようにする。
【解決手段】 圧縮バネの機能をもたせたトーションバネ９をナット３と３群枠受け面１ｄとの間に設けることにより、ナット３の凸部を回転止め部１ａに付勢している。これらにより、ナット３の凸部は回転止め部から離合することが無くなるため、ナット３による叩き音が発生せずに非常に静かな駆動音を実現している。また、ナット３とレンズ枠の回転方向ガタがないためバックラッシュを少なくできる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、カメラなどの撮像装置におけるレンズ鏡胴に用いられるレンズ駆動装置、レンズ鏡胴、および撮像装置に関する。

近年、カメラの小型化が急速に進んでおり，カメラの中で大きな容積を占めるレンズ鏡胴の小型化が急務となっている。また、ビデオカメラや近年の動画撮影ができるデジタルカメラの急速な普及により、撮影中の音声が録音されるためズーム時やフォーカスの駆動音低減に対する要求が高くなっている。

レンズ鏡胴内の各レンズ群の移動方法としては、回転筒に形成しているカムによって駆動する方法、円盤状のカムに従って駆動する方法、リードスクリューによって駆動させる方法等があり、レンズ群を光軸にあわせる方法としては、筒の内径とレンズ群を保持するレンズ枠との嵌合、カム形状とレンズ枠に設けられたカムフォロアとの嵌合、レンズ鏡胴に設けられたガイド軸とレンズ枠に設けられたガイド軸と嵌合するレンズ枠に設けられたスリーブによるもの等がある。
これらの中で、リードスクリューによるレンズ駆動は、小型化のために非常に有効な手段として多く用いられており、駆動源であるモータの出力軸にリードスクリューを形成している構造は、減速のためのギヤ等を用いないため駆動音を比較的静かにすることができ、バックラッシュも比較的少ないという利点がある。

上記のリードスクリューをモータの出力軸に形成しレンズを駆動する一般的な構造は、光軸方向に伸長したガイド軸がレンズ枠を光軸方向に移動自在に保持するためにレンズ枠に形成されたスリーブと勘合しており、光軸方向に伸長したリードスクリューと螺合しているナットがレンズ枠と係合されている。また、ナットは自身が回転しないように回転規制されている。
この構成により、リードスクリューが回転することで、レンズ枠はナットの光軸方向の移動にあわせて移動できるようになっている。

通常、ナットの移動を誤差を少なくレンズ枠に伝えるために固定された部品から弾性部材、たとえば圧縮スプリングや引っ張りスプリング等を用いてレンズ枠をナットに付勢している。このとき、ガイド軸に対するリードスクリューの倒れや位置ずれを吸収するために、リードスクリューネジ有効径とナットネジ有効径のガタ、リードスクリューとナットがレンズ枠に対してラジアル方向のガタ、レンズ枠ナット回転止め部のナット回転方向のガタをもたせる構造としている。
こうした構造により、レンズ枠による駆動音を比較的小さくし、比較的スムーズに移動するようにしている。

また、特許文献１のものは、レンズ枠の回転止め部に弾性部材を設け、弾性部材を介して駆動伝達を行うことにより、ナットの離合による振動を弾性部材により抑え、音の発生とレンズ枠の振動とを抑えようとするものである。

また、本出願人により先に出願されている特許文献２のものは、同一の光軸に沿って互いに相対移動可能に配設された第１レンズ群と第２レンズ群とを含む撮影光学系について、レンズ群を保持する鏡胴が非撮影時の状態位置に駆動されたときにレンズバリアを閉ざし、その非撮影時の状態位置から被写界側に駆動され始めたときにレンズバリアを開かせるように構成することにより、構成部品数が少なく、精度維持面での問題を生じさせないほど堅牢で、撮影レンズ駆動系に悪影響を及ぼすことのないようにするものである。
特許第２７３３６１９号公報 特開平５−１１３１０号公報

しかしながら、上述した従来の構造であると、リードスクリューの回転方向が反転したとき、スプリングによりレンズ枠がナットに付勢されリードスクリューのネジ方向に沿ってナットが回転しようとする方向と、リードスクリューとナットとの摩擦によりリードスクリューの回転でナットが回転しようとする方向が逆となり、スプリングによる回転力よりもリードスクリューとの摩擦による回転力が大きい場合、ナットはレンズ枠の回転止め部の係合面から離れ、回転方向反対側の回転止め部に係合することとなる。このときにナットは回転止め部を叩くこととなり音を発生させることとなってしまう。

また、スプリングの付勢力によるナットの回転力がリードスクリューとナットの静止摩擦力よりも小さく、動摩擦力より大きいと、リードスクリューの回転し始めにナットは同じ方向に回転し、一方の回転止めに片当てされ、ナットの回転が止まる。この後リードスクリューとナットの摩擦力は静止摩擦力に変わり、スプリングの付勢力による回転力の方が上回ることにより、ナットはもう一方の回転止めに付勢されることになってしまう。

停止と駆動を繰り返す断続的な回転があたえられる制御や、駆動源にパルスモータを用いた場合、ナットの回転止めへの離合が繰り返され、ナットが回転止めを叩く音が連続的に発生してしまう。これらの音は、品位上で問題になるだけでなく、音声付動画撮影ができるカメラ、特にムービーカメラや動画撮影のできるデジタルカメラにおいて撮影中にズーム駆動やフォーカス駆動の駆動音が録音されてしまう虞があり、大きな問題となっていた。また、これらナットの離合はレンズ枠の振動として画像の乱れ引き起こす虞があった。

また、非常に小さいピッチのリードスクリューとナットは、駆動範囲を超え固定部材にぶつかった後に、駆動範囲に戻ろうとしても、ナットがレンズ枠等を締め付け、いわゆるナットの食いつき状態を起こし復帰できなくなるという問題が起こる虞があった。

また、上述した特許文献１のものは、ナットが弾性部材に当たり駆動伝達を行うと、弾性部材の変形による位置ばらつきという問題が起きてしまう虞があった。このことは、非常に高い位置精度を要求されるレンズ駆動装置には不向きであり、弾性変形分のバックラッシュを持つことにもなる虞があった。

また、上述した特許文献２のものは、自動開閉式のレンズバリアについて、精度維持面での問題を生じさせないほどの堅牢さや、撮影レンズ駆動系に悪影響を及ぼすことのない構成をもたらすものであり、撮影レンズを駆動させるレンズ駆動装置における駆動音やバックラッシュの低減についてまで考慮したものではなかった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、駆動音の低減とバックラッシュの低減とを実現することができるレンズ駆動装置、レンズ鏡胴、および撮像装置を提供することを目的としている。
また、他に目的とすることは、上記駆動音の低減、バックラッシュの低減の実現と同時に、固定部材にぶつかった後にも復帰することができるレンズ駆動装置、レンズ鏡胴、および撮像装置を提供することである。

かかる目的を達成するために、本発明の第１の態様としてのレンズ駆動装置は、リードスクリューと、リードスクリューと螺合するナットと、レンズを保持するレンズ枠とを備え、レンズ枠はナットと係合する光軸方向とは垂直な係合面と、ナットの少なくとも一方の回転を規制する回転止め部とを備え、リードスクリューの回転によりレンズ枠が光軸方向に移動可能なレンズ駆動装置であって、ナットは第１の弾性部材により回転止め部に対して付勢されていることを特徴とする。

移動しない固定部材とレンズ枠との間に設けられた第２の弾性部材により係合面がナットに付勢され、第２の弾性部材の付勢力によりナットが回転しようとする方向へ第１の弾性部材が付勢していることが好ましい。

上記したナットは、第１の弾性部材により回転止め部に対して付勢されると同時に係合面に付勢されることが好ましい。
また、上記した第１の弾性部材がリードスクリューに巻かれたトーションバネであることが好ましい。

上記した第１の弾性部材は、レンズ枠における係合面に対してナットを挟んで光軸における反対側に設けられた受け面と、ナットとの間に配設され、リードスクリューに巻かれたトーションバネであると同時に、ナットと受け面とで圧縮された圧縮バネの機能を備えたことが好ましい。
上記したリードスクリューがモータの出力軸に形成されていることが好ましい。

本発明の第２の態様としてのレンズ鏡胴は、上述した本発明の第１の態様としてのレンズ駆動装置を少なくとも１つ用いてレンズ駆動を行うよう構成されたことを特徴とする。
このレンズ駆動装置が光軸方向に駆動するレンズがフォーカスレンズであることが好ましい。

本発明の第３の態様としての撮像装置（カメラ）は、上述した本発明の第２の態様としてのレンズ鏡胴を用いて撮像するよう構成されたことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、レンズ駆動装置、レンズ鏡胴、撮像装置について、簡単な構成で、駆動音の低減とバックラッシュの低減とを実現することができる。
また、そうした駆動音の低減、バックラッシュの低減の実現と同時に、固定部材にぶつかった後にも復帰することができる。

次に、本発明に係るレンズ駆動装置、レンズ鏡胴、および撮像装置を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係るレンズ駆動装置を用いたレンズ鏡胴部分を示す縦断面図である。また、図２は本実施形態としてのレンズ駆動装置の斜視図、図３は断面図である。

本実施形態としてのレンズ鏡胴は、図１に示すように、変倍を行う第１群１２と、第２群１１と、合焦を行う第３群枠１とにより構成されており、被写体を撮像素子１５に結像させるものである。
鏡胴ベース１０と鏡胴ベース１０に固定されている固定筒１３に光軸方向で挟み込まれたカム筒１４が図示していない駆動源より回転を与えられ回転することができる。カム筒１４には、１群の位置を決める１群カム溝、２群の位置を決める２群カム溝が設けられており、１群、２群はそれぞれ１群駆動ピン、２群駆動ピンにより支えられている。

さらに固定筒には光軸方向に伸び１群２群を回転させずに光軸方向に移動させる案内溝が設けられ、スプリングにより１群２群は相反する方向に負荷を受け各カム溝の精度面に各駆動ピンが係合する。また、１群、２群の外径が固定筒１３の内径に嵌合し、光軸に対する倒れを抑えている。
このことによりカム筒１４が回転することによって、１群２群は要求される光軸方向の位置関係を作りつつ回転せずに変倍を行うことができる。
一方、３群は、固定筒の内側と撮像素子の外側の空間に配置されたステッピングモータ８の出力軸に設けられたリードスクリュー４に螺合するナット３に３群枠１が係合し、主軸６、副軸７に嵌合しながら１群２群とは独立して移動を行う構成となっている。

合焦用のフォーカスレンズ２を保持した３群枠１は、鏡胴ベース１０に固定された光軸方向に伸長する主軸６、副軸７に嵌合し、光軸方向に自在に移動することが可能なように設けられている。
ステッピングモータ８の出力軸に設けられたリードスクリュー４はナット３と螺合し、３群枠１が鏡胴ベース１０に引掛けられたコイルバネ５により鏡胴ベース１０側に引っ張られ、３群枠の係合部１ｃはナット３に常に付勢されている。

ここで、図５から図８は従来のリードスクリュー４によるレンズ枠の駆動装置である。ナット３はラジアル方向に凸部３ａを持ち、３群枠１の回転止め部１ａ、１ｂにより回転規制さている。リードスクリュー４の回転によりナット３は直進駆動し、ナット３に係合している３群枠１は光軸方向に移動することができる。
図７、図８は３群枠係合部から見た断面図である。この従来のレンズ駆動装置では、リードスクリュー４の倒れや位置ずれを吸収するために、３群枠１とナット３とはラジアル方向で空間を持たせ、回転止め部とナット凸部３ａとの間にも空間を持たせていた。これらにより、ナット３は光軸に対して垂直な面である範囲自由に動けるようになり、リードスクリュー４がスムーズに回転することができる。

ここで本実施形態および上述した従来の構成では、リードスクリュー４に右ネジを形成している。ナット３はコイルバネ５により鏡胴ベース１０側に引っ張られることになるので、ステッピングモータ８が回転していないときは、ネジのリード角により、ナット凸部３ａが左側回転止め部に付勢されることになる（図８の矢印方向）。
３群枠１を鏡胴ベース１０から離れる方向に移動する場合、リードスクリュー４はモータリードスクリュー４側から見て時計回りに回転させる。このとき、ナット３とリードスクリュー４の摩擦力により、ナット３は時計回りに付勢されることとなり、回転止め部１ａに常に係合していることになる。
しかし、リードスクリュー４の回転を逆転させ３群枠１を鏡胴ベース１０側に戻すとき、ナット３とリードスクリュー４の摩擦力がコイルバネ５によるナット３の回転力よりも大きい場合、反対側の回転止め部１ｂ側にナット３は付勢されることになる。このため、ナット３が反対側の回転止め部に付勢された瞬間に音を発生させることになる。

また、パルスモータによる回転が低速駆動のように断続的な回転で駆動し、コイルバネ５によるナット３の回転力がナット３とリードスクリュー４の静止摩擦力よりも小さく、動摩擦力よりも大きい場合、ナット３は回転止め部１ａから離合を繰り返すことになる。その結果、ナット３は回転止め部１ａを叩きながら鏡胴ベース１０側に移動していくこととなる。

本実施形態では、図２、図３にあるように圧縮バネの機能をもたせたトーションバネ９をナット３と３群枠受け面１ｄとの間に設けることにより、図４のようにナット３の凸部を回転止め部１ａに付勢している。
これらにより、ナット３の凸部は回転止め部から離合することが無くなるため、ナット３による叩き音が発生せずに非常に静かな駆動音を実現している。また、ナット３とレンズ枠の回転方向ガタがないためバックラッシュを少なくでき、その結果、移動量が少なくなるため合焦時間を速くすくことができ、消費電力も削減することができる。

さらに、リードスクリュー４でレンズ枠を駆動するレンズ駆動装置は、駆動範囲を超え固定部材にぶつかってしまい、ナット３がねじ込まれる状態になり、その後復帰できなくなるという問題が多々ある。
本実施形態では、トーションバネ９がナット３と３群受け面１ｄの間に圧縮バネの機能を持ちながら配置されている。図９はレンズ枠がステッピングモータ８にぶつかった時の状態である。

ナット３は、３群枠係合部１ｃから係合をはずれ、トーションバネ９と力が釣り合ったところでステッピングモータ８が脱調し止まっている。この後、ナット３が駆動範囲に復帰するために、ステッピングモータ８を回転させなければならないが、トーションバネ９は図９の矢印方向に付勢力を持っているため、ナット３はリードスクリュー４のリード角に沿って回転しやすい状態であり、復帰しやすくなっている。

以上により、本実施形態としてのレンズ駆動装置によれば、小型でありながら駆動音が非常に静かで、バックラッシュが少なく、スムーズなレンズ移動、合焦駆動を行うレンズ駆動装置が実現できる。また、このレンズ駆動装置を用いたレンズ鏡胴、カメラによれば、レンズ駆動における合焦時間及び消費電力を削減することができる。

このように、本実施形態によれば、上述した従来の不具合を解消し、リードスクリュー４とナット３で駆動するレンズ駆動装置であって、ナット３を第１の弾性部材（トーションバネ）でレンズ枠（３群枠）の回転止めに付勢することで、レンズの駆動音の低減と、バックラッシュ量の低減を行い、同時に同一の弾性部材でナット３をレンズ枠に付勢することで、レンズ枠が駆動領域を越え片側にぶつかったときに脱出することのできるレンズ駆動装置を提供することができる。

また、リードスクリュー４と、リードスクリュー４と螺合するナット３と、レンズを保持するレンズ枠を有し、上記レンズ枠はナット３と係合する光軸方向とは垂直な係合面と、ナット３の少なくとも一方の回転を規制する回転止め部をもち、リードスクリュー４の回転により上記レンズ枠が光軸方向に移動可能なレンズ駆動装置であって、ナット３が第１の弾性部材により回転止め部へ付勢されていることため、リードスクリュー４回転時にナット３が一方の回転止め部から離れることを防ぎ回転止め部を叩く駆動音を低減することができ、同時にナット３が常に同じ回転止め部に対して付勢することでバックラッシュを低減することができる。

また、レンズ駆動装置が移動しない固定部材（鏡胴ベース）と上記レンズ枠の間に設けられた第２の弾性部材により係合面がナット３に付勢され、第２の弾性部材（コイルバネ）の付勢力によりナット３が回転しようとする方向へ第１の弾性部材が付勢していることで、ナット３は上記レンズ枠の係合面に常に付勢しナット３の移動に対して上記レンズ枠の移動が等価となり、また、第２の弾性部材によりナット３が回転しようとする方向とは逆の方向へリードスクリュー４を回転させたときに、第１の弾性部材の付勢力は、ナット３とリードスクリュー４の静止摩擦力と第２の弾性部材によるナット３の回転力の差分以上となればよく、より小さい力でナット３を付勢することができる。

また、ナット３が第１の弾性部材により回転止め部に対して付勢されると同時に上記した係合面に付勢することで、異常動作等により上記レンズ枠が駆動範囲を超えて移動し、ナット３が係合面から離れる方向へ固定部材にぶつかりを起こした後、駆動範囲へ戻るときに第１の付勢力が助力となりリードスクリュー４を回転しやすくすることができる。このため、いわゆるナットの食いつきを防止することができる。

また、第１の弾性部材がリードスクリュー４に巻かれたトーションバネ９であることにより、管理しやすく安定している付勢力をナット３に与えることができる。
また、第１の弾性部材が、ナット３と上記した係合面とはナット３を挟んで光軸反対側に上記レンズ枠に設けられている受け面との空間に配され、リードスクリュー４に巻かれたトーションバネ９であると同時に、ナット３と上記した受け面とで圧縮された圧縮バネであることにより、管理しやすく安定している付勢力をナット３に与えることができる。

また、リードスクリュー４がモータの出力軸に形成されていることにより、減速のためのギヤ等がないためより小型で、より駆動音が少なく、バックラッシュが少ないレンズ駆動装置を提供することができる。

また、上述した本発明に係るレンズ駆動装置をレンズ鏡胴に少なくとも一つ用いることで、駆動音、バックラッシュが少なく、位置精度の高いレンズ鏡胴を提供することができる。

また、駆動するレンズがフォーカスレンズであることにより、バックラッシュが少ないために、移動量が少なく済み、合焦時間の短縮と消費電力の削減をすることができる。
また、上述した本発明に係るレンズ鏡胴をカメラに用いることで、駆動音、消費電力を低減したカメラを提供することができる。

本発明に係るレンズ駆動装置を用いたレンズ鏡胴部分を示す縦断面図である。 本実施形態としてのレンズ駆動装置を示す斜視図である。 同、断面図である。 同、ナット３周りの正面図である。 従来のリードスクリューによるレンズ枠の駆動装置を示す斜視図である。 同、断面図である。 同、ナット３周りの正面図である。 同、ナット凸部３ａ周りの拡大正面図である。 本実施形態としてのレンズ駆動装置におけるレンズ枠がステッピングモータ８にぶつかった時の状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ３群枠（レンズ枠）
１ａ，１ｂ 回転止め部
１ｃ 係合部
１ｄ 受け面
２ フォーカスレンズ
３ ナット
４ リードスクリュー
５ コイルバネ（第２の弾性部材）
６ 主軸
７ 副軸
８ ステッピングモータ
９ トーションバネ（第１の弾性部材）
１０ 鏡胴ベース（固定部材）
１１ 第２群
１２ 第１群
１３ 固定筒
１４ カム筒
１５ 撮像素子

Claims (9)

1. リードスクリューと、前記リードスクリューと螺合するナットと、レンズを保持するレンズ枠とを備え、
   前記レンズ枠は前記ナットと係合する光軸方向とは垂直な係合面と、前記ナットの少なくとも一方の回転を規制する回転止め部とを備え、
   前記リードスクリューの回転により前記レンズ枠が光軸方向に移動可能なレンズ駆動装置であって、
   前記ナットは第１の弾性部材により前記回転止め部に対して付勢されていることを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 移動しない固定部材と前記レンズ枠との間に設けられた第２の弾性部材により前記係合面が前記ナットに付勢され、前記第２の弾性部材の付勢力により前記ナットが回転しようとする方向へ前記第１の弾性部材が付勢していることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
3. 前記ナットは、前記第１の弾性部材により前記回転止め部に対して付勢されると同時に前記係合面に付勢されることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ駆動装置。
4. 前記第１の弾性部材が前記リードスクリューに巻かれたトーションバネであることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ駆動装置。
5. 前記第１の弾性部材は、前記レンズ枠における前記係合面に対して前記ナットを挟んで光軸における反対側に設けられた受け面と、前記ナットとの間に配設され、前記リードスクリューに巻かれたトーションバネであると同時に、前記ナットと前記受け面とで圧縮された圧縮バネの機能を備えたことを特徴とする請求項４記載のレンズ駆動装置。
6. 前記リードスクリューがモータの出力軸に形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のレンズ駆動装置。
7. 請求項１から５の何れか１項に記載のレンズ駆動装置を少なくとも１つ用いてレンズ駆動を行うよう構成されたことを特徴とするレンズ鏡胴。
8. 前記レンズ駆動装置が光軸方向に駆動するレンズがフォーカスレンズであることを特徴とする請求項７記載のレンズ鏡胴。
9. 請求項７または８記載のレンズ鏡胴を用いて撮像するよう構成されたことを特徴とする撮像装置。

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