JP2006113289A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】変倍時のフォーカスレンズの移動軌跡に関係なく、変倍動作時のピント変動を充分小さい値に抑えることが可能な光学機器を実現する。
【解決手段】変倍光学系と、変倍に伴って光軸回りで回転するとともに光軸方向に移動し、変倍光学系に含まれるフォーカスレンズユニット（Ｌ２，１４０）をフォーカスカム部１３８ａによって光軸方向に駆動する第１のカム部材１３８と、変倍光学系の焦点距離に応じて変倍時におけるフォーカスレンズユニット（Ｌ２，１４０）と第１のカム部材１３８ａとの相対回転速度を変化させる変速機構１４５とを有し、変速機構１４５は、変倍に伴って光軸方向に移動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ズームレンズ、特にインナーフォーカスあるいはリアフォーカスと呼ばれる光学タイプのズームレンズの駆動に用いられるレンズ駆動装置に関するものである。

近年、ズームレンズにおいて、物体側である前群の小径化によるレンズ装置の小型化、フォーカスレンズの軽量化によるオートフォーカス（以下、ＡＦという）のスピードアップ、及び前群の非回転によるフード効果やフィルター操作性の改善を図るために、インナーフォーカス（あるいはリアフォーカス）方式と呼ばれる、前群以外のレンズ群を移動させて焦点調節を行う方式が知られている。

しかし、この方式におけるズームレンズは、一般に、変倍動作による焦点距離の変化に伴って、フォーカスレンズの移動量を変化させなければならないため、例えば特許文献１に記載のように、焦点距離の変化に伴うフォーカスレンズの移動量を自動的に補正している。

また、ズーム倍率の高倍率化に伴い、新たな問題点が顕在化してきている。一般的なインナーフォーカス方式のズームレンズにおいて、同一物体距離に対するフォーカスレンズの移動量が、広角（ワイド）側から望遠（テレ）側にかけて徐々に大きくなっていく。特に、高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の場合、広角側と望遠側とにおけるフォーカスレンズの移動量の差が大きく、また望遠側に近づくにつれて急激に移動量が大きくなっていく。

このような特徴を有する高倍率ズームレンズに特許文献１の手法を適用すると、フォーカスカムの最適化（すなわち、各焦点距離でのフォーカスレンズ移動量の軌跡を重ね合わせて１本の滑らかなカムとすること）によるズームパラメータシフト量が大きくなり、広角側と望遠側でのズームレンズの移動軌跡の傾きが大きく異なってしまうため、変倍動作時の操作トルクの増大や急激な変化といった操作性での問題や、許容範囲を超えた変倍動作時のピント変動を許容せざるを得ないといった問題が発生してしまう。

したがって、変倍動作の操作性に悪影響を与えることなく、変倍動作時のピント変動を充分小さい値に抑えることのできるレンズ駆動方法の開発が望まれており、例えば特許文献２では、焦点距離に応じて合焦駆動カムとフォーカスレンズに設けられたフォロアとの係合位置の移動速度を変化させることで、各焦点距離での合焦駆動カムとフォーカスレンズのフォロアとの係合位置および係合範囲を補正している。
特許第２５６１３５０号公報（４頁右段１２行〜５頁右段８行、図５等） 特開２００１−１８８１６１号公報（段落００３９〜００４４、図２等）

しかしながら、上記特許文献２に記載されている従来例では、焦点距離に応じて合焦駆動カムとフォーカスレンズに設けられたフォロアとの係合位置での移動速度を変化させる変速機構が、フォーカスレンズに設けられたキーフォロアに係合する少なくとも一部が光軸と平行でない非ストレートカム形状に形成されたキー溝部を有し、合焦動作時に回転してキー溝部とキーフォロアとの係合によりフォーカスレンズを回転駆動する合焦駆動部材で構成されている。

よって、合焦駆動部材、すなわち変速機構が光軸方向に移動しない構成となっているため、変倍動作時におけるフォーカスレンズの移動軌跡が光軸方向の同一位置を複数回通過するような場合には、全ての該当箇所における合焦駆動カムとフォーカスレンズに設けられたフォロアとの係合位置の移動速度を同じ速度にしなければならないため、各焦点距離での合焦駆動カムとフォーカスレンズに設けられたフォロアとの係合位置スムーズな係合位置および係合範囲の補正を円滑に行うことが困難であった。

本発明の例示的な目的の１つは、焦点距離の変化に応じたフォーカスレンズの移動を円滑、かつ適正に補正できる光学機器を実現することにある。

１つの観点としての本発明は、変倍光学系と、変倍に伴って光軸回りで回転するとともに光軸方向に移動し、変倍光学系に含まれるフォーカスレンズユニットをフォーカスカム部によって光軸方向に駆動する第１のカム部材と、変倍光学系の焦点距離に応じて変倍時におけるフォーカスレンズユニットと第１のカム部材との相対回転速度を変化させる変速機構とを有し、変速機構は、変倍に伴って光軸方向に移動する。

本発明によれば、変倍時に光軸方向に移動する変速機構によって、焦点距離に応じて第１のカム部材とフォーカスレンズユニットに設けられたフォロアとの係合位置の移動速度を変化させることができるので、変倍時におけるフォーカスレンズユニットのスムーズな移動が可能となり、各焦点距離での第１のカム部材とフォーカスレンズユニットのフォロアとの係合位置および係合範囲を円滑、かつ適正に行うことが可能となる。

このため、変倍時のピント変動を充分小さい値に抑えつつ、良好な変倍動作の操作性が得られる光学機器を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図４は本発明の実施例１の光学機器（レンズ装置）を搭載した一眼レフレックスカメラ（撮像装置）の外観構成を示している。１はレンズ装置である光学機器、２はレンズ装置１が着脱自在に搭載されるカメラ本体ある。３はレンズ装置１が装着されるカメラ側マウントであり、後述するレンズ装置１側のマウント１０１に当接する。図１は本発明の実施例１であるレンズ装置の全体構成を示しており、図２は、図１に示したレンズ装置１のレンズ駆動機構の広角（ワイド）状態における展開図である。

本実施例のレンズ装置１は、レンズユニットＬ１〜Ｌ６の６群構成であって、変倍動作によって全てのレンズユニットが、また焦点調節動作によって第２レンズユニットＬ２が光軸方向に移動する。このとき、第３レンズユニットＬ３と第６レンズユニットＬ６は一体的に移動し、第５レンズユニットＬ５は光軸方向への移動とは別に、振れ補正動作を行うために光軸と略直交する方向への移動も行うことができる。

１０１はマウントであり、カメラ本体２に取り付けるためのバヨネット部を有するとともに、固定筒１０２にビス止め固定されている。１０３は外装環であり、マウント１０１と固定筒１０２との間に挟み込まれて固定されている。この外装環１０３には、目盛窓１０４、名称プレート１０５およびＳＷパネル１０６が取り付けられている。ＳＷパネル１０６に設けられたスイッチを切り替えることによって、オートフォーカスや振れ補正などの機能を選択して使用することができる。

１０７は案内筒であり、固定筒１０２がビス止めされることでカメラ本体に対して固定部を構成している。案内筒１０７の外径には、バヨネット結合によって光軸周りの回転のみ可能となっているカム筒１０８が係合している。

このカム筒１０８が回転することで、案内筒１０７に形成された光軸方向の案内溝１０７ａ，１０７ｂと、カム筒１０８（第２のカム部材）に形成されたズームカム（変倍カム部）１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとの交点の移動に従い、第３レンズユニットＬ３の保持枠１０９、第４レンズユニットＬ４の保持枠１１０、振れ補正ユニット１１１および直進筒１１２をそれぞれにビス止めされたフォロア１１３〜１１６を介して光軸方向へ移動させることができる。

この第３レンズユニットＬ３の保持枠１０９には、絞り駆動部と絞り羽根部とから構成される電磁絞りユニット１１７がビス止めされている。また、保持枠１０９の後端には、第６レンズユニットＬ６を保持する保持枠１１８が、補強板１１９及びばね座金１２０とともにビス止めされている。

保持枠１１０は、第４レンズユニットＬ４を保持しているともに、その前端にフック部を有している。このフック部には、開放口径の決定及び有害光のカットを目的とする移動絞り１２１が前方より弾性結合されている。これにより、保持枠１０９を間に挟んだ状態での移動絞り１２１と保持枠１１０との当接を容易としている。

振れ補正ユニット１１１は、第５レンズユニットＬ５を光軸と略直交する方向に移動可能に保持しており、マグネット及びコイルとから構成された駆動機構によって第５レンズユニットＬ５を駆動する。直進筒１１２には、フィルター枠１２２がビス止めされている。このフィルター枠１２２の先端外径にはバヨネット部が、内径にはネジ部が設けられており、それぞれフード、フィルター等のアクセサリーが装着可能となっている。

フィルター枠１２２には、第１レンズユニットＬ１を保持する保持枠１２３がビス止めされているが、フィルター枠１２２と保持枠１２３との当接部はそれぞれ周方向の斜面となっている。このため、保持枠１２３を回転させて取り付けることにより、光軸方向の取り付け位置を変えることができる。これにより、製造誤差による広角側と望遠側との焦点位置のずれを補正することが可能となっている。

１２４は化粧環であり、その前面にはレンズ名称等の表示が印刷されている。１２５はフォーカスユニットで、案内筒１０７にビス止めされている。このフォーカスユニット１２５は、主として振動型モータと差動機構とから構成されており、振動型モータのロータ回転量とマニュアルフォーカスリング１２６の回転量に応じたフォーカスキー（合焦駆動部材）１２７の回転量を出力する。

フォーカスユニット１２５の前側には、水平及び垂直方向の振れの角速度を検出する一対の振動ジャイロ１２８が半田付けされたジャイロ基板１２９が、ゴムダンパー（不図示）を介してビス止めされている。また、フォーカスユニット１２５から円弧状に延出した突出部外周には、グレイコードパターンが形成されたエンコーダフレキ１３０が貼り付けられている。

さらに、フォーカスユニット１２５の前側には、振動ジャイロ１２８、エンコーダフレキ１３０のない位相で突出部が設けられ、この突出部にはフォロア１３１がビス止めされている。１３２はズーム操作環であり、周方向に設けられている溝にフォロア１３１が係合することで、光軸方向の移動が阻止された状態で光軸周りに回転操作可能となっている。

このズーム操作環１３２の内径に形成された凹部には、カム筒１０８にビス止めされたズームキー１３３が係合している。これにより、ズームキー１３３を介して、ズーム操作環１３２の回転と一体的にカム筒１０８を回転させることができる。

１３４は中間筒であり、その外径にはズーム操作環１３２の内径に形成された光軸方向の溝に係合する突起部が、内径にはフィルター枠１２２の外周に設けられた突起部が係合するリード溝がそれぞれ設けられている。このため、中間筒１３４は、回転方向についてはズーム操作環１３２と一体的に、光軸方向についてはズーム操作環１３２の回転方向の位置とフィルター枠１２２の光軸方向の位置とに応じて進退する。

また、本実施例では、振動ジャイロ１２８をカメラ本体から離れた位置（フォーカスユニット１２５の前）に配置することで、カメラ本体が発生する振動（シャッター幕走行やミラーアップ・ダウンの振動など）が振動ジャイロ１２８に伝わりにくい構造となっており、振動ジャイロをケース内に収納するなど従来用いられてきた手法を必要としない。

さらに、ズーム操作環１３２の光軸方向移動を阻止する突起部を振動ジャイロ１２８のない位相に設けることで、レンズ外径を大きくせずに振動ジャイロを配置することができている。これらの手法により、本実施例のレンズ装置１の小型化が実現されている。

１３５はズーム操作環１３２の外周に巻き付けられたズームゴムであり、１３６はズーム操作環１３２の前端部に弾性結合しているネームリングである。１３７はズームブラシであり、ズーム操作環１３２にビス止めされている。このズームブラシ１３７は、ズーム操作環１３２の回転とともにエンコーダフレキ１３０のグレイコードパターン上を摺動し、ズーム操作環１３２とエンコーダフレキ１３０の位置関係を検出するためのものである。

１３８はインナーカム筒（第１のカム部材）であり、このインナーカム筒１３８には、コイルばねを挟んでフォロア１３９がビス止めされている。フォロア１３９は、案内筒１０７に形成されたズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８に形成された光軸方向の直進溝部１０８ｅとに係合している。このため、カム筒１０８が回転すると、インナーカム筒１３８は、ズーム補正カム１０７ｃと直進溝部１０８ｅの交点（すなわち、フォロア１３９の係合位置）の移動に従って回転しながら光軸方向に進退する。

１４５は伝達筒（変速機構）で、バヨネット構造によってインナーカム筒１３８に対して光軸周りに対して回転可能に係合している。このため、該伝達筒１４５がインターカム筒１３８と一体的に光軸方向に移動可能となっている。

また、伝達筒１４５から延出したキー部（キーフォロア）１４５ｂは、フォーカスキー１２７に形成されたキー溝部１２７ａに係合している。１４０は保持枠で、第２レンズユニットＬ２を保持しており、該保持枠１４０と該第２レンズユニットＬ２とでフォーカスレンズユニットが構成されている。

また、この保持枠１４０の外周部にはフォロア部１４０ａが形成されており、このフォロア部１４０ａは、インナーカム筒１３８の内周に形成されたフォーカスカム（合焦駆動カム）１３８ａと伝達筒（変速機構）１４５に形成された光軸に平行でない非ストレート形状の伝達カム１４５ａ（変速カム）部に係合している。

このため、伝達筒１４５が回転すると、保持枠（フォーカスレンズユニット）１４０は、フォーカスカム１３８ａと伝達カム部１４５ａの交点（すなわち、フォロア部１４０ａの係合位置）の移動に従って回転しながら光軸方向に進退する。このため、焦点調節動作時において、振動型モータ若しくはマニュアルフォーカスリング１２６が回転して、フォーカスキー１２７が回転（カム筒１０８は停止）すると、この回転がキー部１４５ｂを介して伝達筒１４５に伝達され、これを回転させる。

さらに、伝達筒１４５が回転すると、保持枠１４０のフォロア部１４０ａがインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａと伝達筒１４５の伝達カム部１４５ａの交点の移動に応じて移動することで、保持枠（フォーカスレンズユニット）１４０が光軸方向に回転しながら移動する。

一方、変倍動作時には、振動型モータおよびマニュアルフォーカスリング１２６は回転せず、フォーカスキー１２７および伝達筒１４５も回転しないが、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８が回転するため、保持枠（フォーカスレンズユニット）１４０は、カム筒１０８の回転による案内筒１０７のズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８の直進溝部１０８ｅとの交点の移動によるインナーカム筒１３８の光軸方向移動量と、インナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａと伝達筒１４５の伝達カム部１４５ａの交点の移動による光軸方向移動量の合計量だけ光軸方向に移動する。

ここで、図２に示す広角側での状態から、中間域を経て望遠側に変倍する際に、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８は図２中左方向に回転する。これにより伝達筒１４５のキー部１４５ｂは回転停止しているキー溝部１２７ａの図中の下端から上端近傍に移動し、保持枠１４０は上方（光軸方向前方）に移動することになる。

また、望遠側から広角側に変倍する際には、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８は図２中右方向に回転するとともに、伝達筒１４５のキー部１４５ｂは回転停止しているキー溝部１２７ａの上端から下端近傍に、フォーカスレンズユニットは下方（光軸方向後方）にそれぞれ移動することになる。

そして、本実施例では、伝達カム部１４５ａにおける下側部分（つまり、ズーム広角域での保持枠１４０の移動範囲に対応するフォロワ部１４０ａの係合範囲）は、光軸方向である上下方向に対して図中右上がり方向に傾斜しており、伝達カム１４５ａにおける中間部分（つまり、ズーム中間域での保持枠１４０の移動範囲に対応するフォロワ部１４０ａの係合範囲）は、光軸方向である上下方向に対して図中左上がり方向に傾斜している。つまり、該伝達カム部１４５ａは、ズーム広角域からズーム中間域にかけて、図２中の右方向に凸状となるように形成されている。

さらに、伝達カム部１４５ａにおける上側部分（つまり、ズーム望遠域での保持枠１４０の移動範囲に対応するフォロワ部１４０ａの係合範囲）は、光軸方向である上下方向にストレートに延びている。すなわち、伝達カム部１４５ａは、少なくともその一部が光軸と平行ではない非ストレートカム形状に形成されている。このため、望遠域で変倍動作が行われる際には、保持枠１４０は、フォロワ部１４０ａと伝達カム部１４５ａにおける上側部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８と一体的に回転することになる。

また、広角域にて変倍動作が行われる際には、保持枠１４０はフォロワ部１４０ａと伝達カム部１４５ａにおける下側部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８とは逆方向に相対的に回転することになる。これにより、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８と保持枠１４０との相対回転速度、つまりはフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度は、上記望遠域での変倍動作時に比べて大きくなる。

また、中間域で変倍動作が行われる際には、保持枠１４０は、フォロワ部１４０ａと伝達カム部１４５ａにおける中間部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８と同じ方向に回転することになる。これにより、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８と保持枠１４０との相対回転速度、つまりはフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度は、上記望遠域での変倍動作時に比べて小さくなる。

図１に示す１４１は目盛シートであり、フォーカスユニット１２５の出力であるフォーカスキー１２７の回転と一体的に回転し、目盛窓１０４と合わせて焦点位置の表示をする。１４２はメイン基板であり、フォーカスユニット１２５、電磁絞りユニット１１７、振れ補正ユニット１１１、ジャイロ基板１２９およびエンコーダフレキ１３０と可撓性のフレキシブル基板を介して、あるいは直接、電気的に接続され、これらの各種制御を行う。

１４３は、マウント１０１にビス止めされ、カメラ本体２との通信及び電源の供給を行う接点ブロックであり、メイン基板１４２とフレキシブル基板を介して接続されている。１４４は裏蓋であり、マウント１０１に弾性結合して有害光をカットする。

以上が本実施例のレンズ装置１（光学機器）の構成であるが、簡単にまとめると以下の各種動作が可能となっている。

フォーカス（合焦）動作のうちオートフォーカス時においては、振動型モータの駆動力により、焦点調節動作のうちマニュアルでの焦点調節時においては、マニュアルフォーカスリング１２６を回転操作力により、フォーカスキー１２７を介して伝達筒１４５を回転させ、保持枠１４０のフォロア部１４０ａがインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａと伝達筒１４５の伝達カム部１４５ａの交点の移動に応じて移動することで、第２レンズユニットＬ２を光軸方向に回転させながら進退させることができる。

一方、変倍動作時においては、ズーム操作環１３２の回転操作力がズームキー１３３を介してカム筒１０８を回転させることで、案内筒１０７の案内溝１０７ａ，１０７ｂと、カム筒１０８のズームカム１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとの交点の移動に従った保持枠１０９、保持枠１１０、振れ補正ユニット１１１および直進筒１１２の光軸方向移動により、第１レンズユニットＬ１、第３レンズユニットＬ３、第４レンズユニットＬ４、第５レンズユニットＬ５および第６レンズユニットＬ６（レンズユニットＬ３と一体）をそれぞれ光軸方向に進退させることができる。

さらに、これと同時に、第２レンズユニットＬ２は、案内筒１０７のズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８の直進溝部１０８ｅとの交点の移動によるインナーカム筒１３８の光軸方向移動量と、このときのインナーカム筒１３８の回転によるインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａと伝達筒１４５の伝達カム部１４５ａの交点の移動による保持枠１４０のフォロア部１４０ａの光軸方向移動量の合成量だけ光軸方向に進退し、焦点距離の変化に伴うピント補正を行う。

そして、本実施例では、さらに、インナーフォーカス方式での焦点距離の変化に伴うフォーカスレンズ移動量が、光軸方向に移動可能な伝達筒１４５によって円滑に補正され、第２レンズユニットＬ２と保持枠１４０とで構成されるフォーカスレンズユニットをスムーズに移動させることが可能となっているが、この点については後述する。

また、振れ補正動作においては、振動ジャイロ１２８の出力及びエンコーダフレキ１３０の出力に応じて振れ補正ユニットを制御し、第５レンズユニットＬ５を光軸と略直交する面内で、発生している振れによるフィルム面での像の移動を打ち消す方向に駆動させることができる。

次に、本実施例のレンズ装置１に採用されているフォーカスカム１３８ａの最適化について、図３を用いて詳述する。図３中、図３（ａ）はオリジナル光学設計値の状態、図３（ｂ）は従来（特許文献１）のフォーカスカム最適化の状態、図３（ｃ）は本実施例でのフォーカスカム最適化の状態をそれぞれ表している。

各状態図とも、横軸は各カム内でのフォロアの移動方向が紙面左側から順に、広角位置（Ｗ）→中間位置（Ｍ）→望遠位置（Ｔ）の順になるような各カムの回転位置を示しており、縦軸はフォロアの光軸方向の位置を示している。

また、図３（ａ），（ｂ）におけるズームカム、フォーカスカム、ズーム補正カムは、それぞれ図３（ｃ）、すなわち本実施例のズームカム１０８ｄ、フォーカスカム１３８ａ、ズーム補正カム１０７ｃに相当する。また、これら図では、広角位置（Ｗ）での物体距離∞の状態を、各カムの回転位置および各フォロアの光軸方向位置の基準（０）としている。

図３（ａ）のオリジナル光学設計値の状態では、変倍レンズユニットを構成する第１レンズユニットＬ１のズームカムは、Ｍで回転位置θ１，光軸方向位置Ｚ１、Ｔで回転位置θ２，光軸方向位置Ｚ２を通る一定のリードを有する直線で表わされる。

一方、Ｗ、Ｍ、Ｔでのフォーカスレンズユニットを構成する第２レンズユニットＬ２の物体距離に応じたレンズ位置軌跡を示す曲線を、ズームカムでのＷ、Ｍ、Ｔの位置と同じ回転位置を物体距離∞として、また図中右側に向かって物体距離が近づいていくようにして、一本の曲線状に配置（Ｍ・∞で光軸方向位置Ｆ１、Ｔ・∞で光軸方向位置Ｆ２）したものがフォーカスカムである。

このとき、各焦点距離域でのレンズ位置曲線とも、物体距離∞からの回転角が同じであれば、対応する物体距離も同じになるようになっており、最短撮影可能距離までの回転角は、各焦点距離域でθｆとなっている。

しかしながら、この状態でのフォーカスカムは滑らかな一本の曲線とは言い難い。また、図３（ｂ）に示す従来のフォーカスカム最適化状態では、図３（ａ）の状態に対して、各焦点距離での第２レンズユニットＬ２の∞からの回転角とレンズ移動軌跡はそのままで、Ｍ、Ｔでのレンズ位置をずらして（Ｍ・∞で回転方向位置θ３、光軸方向位置Ｆ３、Ｔ・∞で回転方向位置θ３、光軸方向位置Ｆ４）配置することで、フォーカスカムを滑らかな曲線にする。

さらに、ズームカムにおけるＭでの回転方向位置も同じようにθ３にずらし（光軸方向位置は変えず）、変倍動作時にズームカムとフォーカスカムを回転方向に一体に回転させることで、各焦点距離でのフォーカスレンズ移動軌跡の設計値からのずれを充分小さい値に抑えることができるようになっている。

このとき、ズーム補正カムは以下のように決定される。第２レンズユニットＬ２は、先に説明したように、ズーム補正カムによるフォーカスカム全体の移動量と、フォーカスカムによる第２レンズユニットＬ２の移動量の合成量だけ移動する。

したがって、第２レンズユニットＬ２の変倍動作での移動量（Ｗ・∞基準）を、Ｍ・∞でＺ’１、Ｔ・∞でＺ’２とすると、ズーム補正カムは、ＭでＨ１＝Ｚ’１−Ｆ３、ＴでＨ２＝Ｚ’２−Ｆ４を通る曲線とすればよい。これにより、∞でのピント変動だけでなく、全ての物体距離における焦点距離の差によるレンズ移動量の差をメカ的に補正することが可能となる（各焦点距離のフォーカスカム使用域での相対回転速度では、∞からの回転角が同じであれば、物体距離も同じであるため）。

従来は、以上のような構成とすることで、焦点距離の変化に伴うフォーカスレンズ移動量を自動的に補正しているが、先にも述べたように、特に高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の場合、ズームカムにおけるＭ位置で必要とされる回転方向位置のずらし量が大きくなり、その結果として、ＷとＴでのカムの傾きが大きく異なってきてしまう。

このために、変倍動作時の操作トルクの増大、急激な変化といった操作性での問題や、この問題を解決するために、許容範囲を超えた変倍動作時のピント変動を許容せざるを得ないといった問題が発生する。

一方、図３（ｃ）に示す本実施例でのフォーカスカム最適化状態では、図３（ｂ）の状態に対して、ズームカムにおけるＭでの回転方向位置をθ４（＞θ３）とするとともに、変倍動作時におけるフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度を第２レンズユニットＬ２を含むフォーカスレンズユニットの光軸方向位置（すなわち、焦点距離）に応じて変化させる機構（フォロワ部１４０ａと非ストレートカム形状を有する変速カム１４５ａとの係合機構）を設け、各焦点距離におけるフォーカスカム１３８ａの使用位置及び使用範囲を補正している。

これにより、従来と同じくフォーカスレンズ移動軌跡の設計値からのずれを充分小さい値に抑えることができるだけでなく、ＷとＴでのズームカム１０８ｄの傾きの極端な差を解消（Ｄ−Ｃ＜Ｂ−Ａ）することが可能となっている。具体的には、フォーカスカム１３８ａの形状を、Ｍ、Ｔでのレンズ位置が、Ｍ・∞で回転方向位置θ５，光軸方向位置Ｆ５、Ｔ・∞で回転方向位置θ６、光軸方向位置Ｆ６となるように配置し、これに合わせてズーム補正カム１０７ｃも、ＭでＨ３＝Ｚ’１−Ｆ５、ＴでＨ４＝Ｚ’２−Ｆ６を通る曲線（回転方向位置はズームカムと同じ）とすることで、∞でのピント変動だけでなく、全ての物体距離における焦点距離の差によるレンズ移動量の差をメカ的に補正することが可能となっている。

つまり、各焦点距離のフォーカスカム使用域での相対回転速度では、フォーカスキーの∞からの回転角が同じであれば、物体距離も同じになるように設定されている。

そして、本実施例では、焦点距離に応じてフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度を変化させる変速機構（伝達筒１４５）が、変倍動作時においてフォーカスカム１３８ａが形成されているインナーカム筒１３８と一体的に光軸方向に移動可能で、かつ焦点調節動作時において光軸周りに対して回転可能に構成されている。

したがって、特許文献２（フォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度を変化させる機構を、本実施例におけるフォーカスキー１２７に相当する部材、すなわち光軸方向には移動しない部材を用いて構成している）と比較して、変倍動作時のフォーカスレンズユニット（第２レンズユニットＬ２）の光軸方向の移動軌跡が光軸方向の同一位置を複数回通過するような場合であっても、該当箇所におけるフォーカスカム１３８ａとフォロア部１４０ａとの係合位置の移動速度を同じ速度にする必要がない。

このため、焦点距離に応じてインナーカム筒１３８とフォーカスレンズユニットに設けられたフォロア部１４０ａとの係合位置の移動速度を変化させることができるので、変倍時におけるフォーカスレンズユニットのスムーズな移動が可能となり、各焦点距離でのインナーカム筒１３８とフォーカスレンズユニットのフォロア部１４５ａとの係合位置および係合範囲を円滑、かつ適正に行うことが可能となり、変倍時のピント変動を充分小さい値に抑えつつ、良好な変倍動作の操作性が得られる光学機器を実現することが可能となる。

言い換えれば、変倍時に光軸方向に移動する変速機構１４５が焦点距離に応じてフォーカスレンズユニットのフォーカスカム１３８ａに対する回転速度および回転方向のうち少なくとも一方を変化させて、フォーカスカム１３８ａとフォロア部１４０ａとの係合位置および係合範囲を補正しているので、フォーカスカム１３８ａの最適化による変倍光学系（変倍レンズユニット）の移動軌跡（つまりは、変倍カムの形状）への影響を軽減することが可能となる。

また、変倍カム部１４５ａの光軸方向からの傾きによって、フォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度をフォーカスレンズユニットの光軸方向位置（すなわち、焦点距離）に応じて、θＷ＞θＴ＞θＭとなるように変化させることで、一般的な高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の特徴（図３（ａ）でＴを基準とした滑らかなフォーカスカムを想定した時に、Ｍでは移動量が大きくなり過ぎ、Ｗでは逆に小さくなり過ぎる傾向がある）による、フォーカスカム最適化状態でのズームカムの移動軌跡への影響を軽減することができる。

つまり、変速機構１４５により、相対回転速度を、広角域での相対回転速度Ｖｗ＞望遠域での相対回転速度Ｖｔ＞中間域での相対回転速度Ｖｍの関係が満たされるよう変化させることにより、フォーカスレンズ移動軌跡の設計値からのずれを小さく抑えることが可能となるとともに、変倍カムにおける広角域と望遠域での光軸回り方向に対する傾き差を小さくすることが可能となり、広角域から望遠域にかけて操作トルクの急激な変化が生じるのを抑えることが可能となる。

また、光学機器が変速機構１４５に設けられたキーフォロア１４５ｂに係合するキー溝部１２７ａが形成されたフォーカスキー（合焦駆動部材）１２７を有しており、このフォーカスキー１２７が焦点調節動作時に回転してキー溝部１２７ａとキーフォロア１４５ｂとの係合により、回転停止しているインナーカム筒１３８に対して変速機構１４５を回転駆動させて、フォーカスレンズユニットを光軸方向に駆動する構成であり、さらに、変速機構１４５を、フォーカスレンズユニットに設けられたフォロア部１４０ａに係合する少なくとも一部が光軸と平行でない非ストレート形状のカムによって構成しているため、容易、かつ簡略化された変速機構１４５を構成することが可能となる。

さらに、フォーカスレンズユニットのフォーカス移動軌跡とズーム移動軌跡との差分を補正するための移動機構を、ズームカムを有するカム筒１０８に形成した直進溝部１０８ｅとズーム補正カム１０７ｃとで構成することで、複雑な機構を設けることなく、フォーカスカム最適化によるズームカムの移動軌跡への影響を軽減している。

なお、上記実施例では、６群構成の撮影レンズ系を用いた場合について説明したが、本実施例はこれ以外の撮影レンズ系にも適用することができる。

また、上記実施例では、フォーカスカム１３８ａの使用位置の移動が、焦点距離が広角側から望遠側、物体距離が∞側から最短撮影距離側に変化していく時に同じとなるような場合について説明したが、逆方向の組合せも可能である。

また、特開平４−１８４４０５号公報にて説明されているように、上記実施例におけるカム筒１０８を回転させながらインナーカム筒１３８と同じ軌跡で移動するように構成し、カム筒１０８とインナーカム筒１３８とを一体化して１つのカム筒とした場合にも、本実施例を適用することができる。

また、一眼レフカメラ用の交換レンズについて説明したが、本実施例の光学機器は、上記レンズ装置以外のレンズ装置（鏡筒）、レンズ一体型の銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラその他の光学機器にも使用することができる。

本発明の実施例１における光学機器の広角（ワイド）状態における断面図である。 本発明の実施例１における光学機器の広角側における展開図である。 本発明と従来例とのフォーカスカム最適化を説明するための比較説明図である。 本発明の実施例１における光学機器を搭載した撮像装置の外観図である。

符号の説明

１３８ 第１のカム部材
１３８ａ フォーカスカム部
１４０ 保持枠
１４５ 変速機構
Ｌ２ 第２レンズユニット

Claims (10)

1. 変倍光学系と、
   変倍に伴って光軸回りで回転するとともに光軸方向に移動し、前記変倍光学系に含まれるフォーカスレンズユニットをフォーカスカム部によって光軸方向に駆動する第１のカム部材と、
   前記変倍光学系の焦点距離に応じて変倍時における前記フォーカスレンズユニットと前記第１のカム部材との相対回転速度を変化させる変速機構とを有し、
   前記変速機構は、変倍に伴って光軸方向に移動することを特徴とする光学機器。
2. 前記変速機構は、焦点調節動作時における前記フォーカスレンズユニットと前記第１のカム部材との相対回転速度を変化させることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記変速機構は、前記第１のカム部材と一体的に光軸方向に移動することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
4. 前記変倍光学系に含まれる変倍レンズユニットと、
   変倍時に前記第１のカム部材と連動して光軸回りで回転し、変倍カム部によって前記変倍レンズユニットを光軸方向に駆動する第２のカム部材とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の光学機器。
5. 前記変倍光学系は変倍レンズユニットを含み、
   前記第１のカム部材は、前記変倍レンズユニットを光軸方向に駆動する変倍カム部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学機器。
6. 前記変速機構は、前記焦点距離に応じて該フォーカスレンズユニットの前記第１のカム部材に対する回転速度および回転方向のうち少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光学機器。
7. 前記変速機構は、前記第１のカム部材と光軸回りでの相対回転が可能であり、前記フォーカスレンズユニットの前記回転速度および回転方向のうち少なくとも一方を変化させる変速カム部を有する部材により構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光学機器。
8. 前記フォーカスレンズユニットは、前記フォーカスカム部と前記変速カム部とに係合するカムフォロアを有することを特徴とする請求項７に記載の光学機器。
9. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の光学機器。
   Ｖｗ＞Ｖｔ＞Ｖｍ
   但し、Ｖｗは広角域での前記相対回転速度、Ｖｔは望遠域での前記相対回転速度、Ｖｍは中間域での前記相対回転速度である。
10. 前記変倍光学系の焦点調節時において、前記変速機構は、回転停止している前記第１のカム部材に対して回転駆動され、前記フォーカスレンズユニットを光軸方向に駆動することを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の光学機器。
    
    

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