JP2006235229A - レンズ鏡筒、撮像ユニットおよび撮像ユニットを備えるカメラまたは携帯端末機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ズームフォーカス方式のレンズ鏡筒において、ズーミング駆動時に焦点距離を線形に変化させることにより、被写体像の画角変化を一定にする。
【解決手段】 複数のレンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、複数のレンズ群を案内するカム機構とを備え、カム機構は、カム溝が形成された規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、カム溝は、ズーム領域とフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、ズーミングにおいて、撮影光学系の焦点距離を、レンズ駆動手段の駆動量に対して一定に変化させる形状を有する。
【選択図】 図２

Description

レンズ鏡筒およびレンズ鏡筒を備えた撮像ユニット、ならびに撮像ユニットを備えたカメラおよび携帯端末機器に関し、特定的には、ステップズーム方式のレンズ鏡筒およびレンズ鏡筒を備えた撮像ユニット、ならびに撮像ユニットを備えたカメラおよび携帯端末機器に関する。

近年、被写体の光学的な像を電気的な画像信号に変換して出力可能なデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ（以下、単にデジタルカメラという）が、急速に普及している。

また最近では、カメラ機能を備える携帯電話やＰＤＡなどの携帯端末機器が提案されている。これらの携帯端末機器に搭載するために、小型軽量化および低コスト化に加えて、高画質化や高変倍比の撮影光学系を備えるデジタルカメラが要望されている。特に、携帯端末機器に搭載することができ、ズーミングやフォーカシングを行うことができる機能性の高い小型軽量化されたカメラが要望されている。

これらの要望に対して、ズームフォーカス方式（ステップズーム方式ともいう）のレンズ鏡筒が知られている。ズームフォーカス方式のレンズ鏡筒は、１つのモータで、撮影光学系のズーミングとフォーカシングとを行う。ズームフォーカス方式により、レンズ鏡筒は、ズーミングおよびフォーカシングを行うために、それぞれ独立した駆動機構を備える必要がないので、レンズ鏡筒を小型軽量化することができる。

このズームフォーカス方式を実現する機構の１つに、カム溝を有するカム筒を回転駆動させることにより、レンズ群を光軸方向に移動させ、焦点距離および焦点位置の調整を行うデジタルカメラが提案されている（特許文献１、特許文献２および特許文献３）。特許文献１ないし３に記載されたデジタルカメラは、ズームフォーカス方式を可能とするため、カム筒に形成されるカム溝を、広角端から望遠端まで複数のステップに分割することにより、段階的なズーミングと、フォーカシングとを可能としている。
特開２００３−１７４５８０号公報 特開２００３−２８３９１０号公報 特開２００３−２８３９１１号公報

図１０は、特許文献１ないし３に記載されたデジタルカメラに含まれるレンズ鏡筒に相当する従来のズームフォーカス方式のレンズ鏡筒について、カム曲線と焦点距離との関係の一例である。図１０の上部に示すグラフはカム曲線グラフである。一方、下部に示すグラフは焦点距離グラフである。カム曲線グラフは、カム筒に形成されるカム溝の形状を示す。一方、焦点距離グラフは、レンズ群の移動に伴う撮影光学系の焦点距離の変化を示す。それぞれのグラフの横軸は、カム筒の回転角を示す。また、図１０は、被写体側より第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群とからなる撮影光学系を含むレンズ鏡筒を示す。

レンズ鏡筒は、撮影光学系と、固定筒と、カム筒とを中心に構成される。カム筒は、固定筒の内周側に配置され、光軸を中心に回転可能である。カム筒は、モータから伝達される駆動力により回転する。カム筒が回転することにより、カム筒に形成されたカム溝と、各レンズ群を支持するレンズ枠に形成されたガイドピンとが係合し、３つのレンズ群は光軸方向に移動する。図１０中、第２レンズ群は、カム曲線５１２に案内されて光軸方向に移動する。同様に、第３レンズ群は、カム曲線５１３に案内されて光軸方向に移動する。一方、第１レンズ群は光軸方向に移動せず、固定筒に固定される。ズーミングおよびフォーカシングは、このように第２および第３レンズ群を移動させることにより行われる。

ズームフォーカス方式のレンズ鏡筒は、あらかじめ設定された複数のズーミング位置において、フォーカシングが可能である。この構成例では、広角位置と中間位置と望遠位置のそれぞれのズーミング位置において、フォーカシングが可能となるようにカム曲線が形成される。すなわち、１つのレンズ群に対して、１本のカム曲線により、レンズ群は、ズーミングおよびフォーカシングが可能となるように光軸方向に案内される。図１０において、カム曲線は、広角、中間、望遠の３ステップのズーム領域と、各ズーミング位置のフォーカス領域５４１、５４２、５４３とを有する。また、フォーカス領域５４１、５４２、５４３において、無限遠、中間、近接距離のいずれかに位置する被写体に合焦可能となるように、レンズ群を光軸方向に移動させるためのカム曲線が形成されている。

しかしながら、上記の機構を有するレンズ鏡筒は、カム筒の回転角に対して、撮影光学系の焦点距離を、広角端と望遠端との間で一定に変化させることができなかった。そのため、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示部を備え、被写体のライブビュー画像の表示が可能なデジタルカメラにおいて、ズーム動作中の被写体像の画角変化が一定でなく、撮影者にとって視認性が悪いという問題があった。

また、フォーカシングを行うために各レンズ群は移動することから、それに伴い、焦点距離は変化する。したがって、フォーカス領域５４２および５４３内においても同様に、合焦調整時に被写体像の画角変化は一定でなく、撮影者にとって視認性が悪いという問題があった。さらに、カム筒に、フォーカシングが可能な複数の中間位置を設定した場合、カム形状の自由度は低くなるという問題があった。

そこで、特許文献１ないし３は、さらに電子式ズームを連動させるズームフォーカス方式のデジタルカメラを提案している。電子ズーム方式は、撮影光学系のズーム動作による画像の拡大率または縮小率に基づいて、撮像センサによって撮像された画像データの一部分を取り出して拡大または縮小する方式である。これにより、デジタルカメラは、ズーム動作中においても被写体像の画角変化を一定にすることができるとしている。

しかしながら、特許文献１ないし３に記載のデジタルカメラは、撮影光学系を連続的に駆動させ、撮影光学系の画角に基づいて、電子ズームによる画像データの拡大率または縮小率を設定する。したがって、電子ズーム方式を併用することにより、カム筒の回転角に対して、被写体像の画角変化を一定にすることができるが、撮影レンズの位置情報を検出するセンサを必要とし、デジタルカメラの構成が複雑になるという問題があった。

また、特許文献１ないし３に記載されたデジタルカメラは、ＬＣＤに表示する表示用画像データを、各ステップのフォーカス領域における無限遠位置での画像データに基づいて生成していた。そのため、焦点距離を望遠端から広角端へ変化させる場合には、画像データの拡大処理を行うことができず、被写体像の画角変化を一定にすることができない問題があった。

そこで、本発明の目的は、ズームフォーカス方式を用いた撮影光学系において、ズーミング駆動時に焦点距離を一定に変化させることのできる小型軽量化、かつ簡素な構成のレンズ鏡筒または撮像ユニット、カメラおよび携帯端末機器を提供することにある。

上記目的は、以下のレンズ鏡筒によって達成される。
複数のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーミングおよびズーム位置に対応するフォーカシングを行うズームレンズ鏡筒であって、
複数のレンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、
複数のレンズ群を案内するカム機構とを備え、
複数のレンズ群は、カム機構により光軸方向に移動可能であり、
カム機構は、カム溝を有する規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、
カム溝は、ズーミングを行うズーム領域とフォーカシングを行うフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、
ズーミングにおいて、撮影光学系の焦点距離を、規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有する。

この構成により、レンズ鏡筒は、ズーミングにおいて、撮影光学系の焦点距離と、カム溝が形成された規制部材の移動量とを線形に変化させることができるので、被写体像の画角変化を一定にすることができる。

好ましくは、カム溝は、フォーカス領域を含む区間の一方端から他方端において、撮影光学系の焦点距離を、規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有する。

この構成により、レンズ鏡筒は、ズームフォーカス全区間において、撮影光学系の焦点距離と、規制部材の移動量とを線形に変化させることができるので、被写体像の画角変化を一定にすることができる。

好ましくは、規制部材は、レンズ鏡筒内に回転可能に保持され、周面にカム溝を有する回転部材であり、
保持部材は、レンズ群を保持し、カム溝と係合するカムフォロアを有するレンズ保持部材であり、
複数のレンズ群は、回転部材の回転量に応じてカム溝に案内されて、光軸方向に移動し、
カム溝は、ズーミングを行うズーム領域とフォーカシングを行うフォーカス領域とを連続して交互に形成された区間を含み、
回転部材の回転量に対して、撮影光学系の焦点距離が一定に変化するように、レンズ群を案内する形状を有する。

この構成により、レンズ鏡筒は、ズームフォーカス全区間において、撮影光学系の焦点距離と、カム筒の回転角とを線形に変化させることができるので、被写体像の画角変化を一定にすることができる。

好ましくは、カム機構は、少なくとも３以上のズーム領域を有する。

この構成により、撮影光学系は、焦点距離を、少なくとも広角位置と中間位置と望遠位置とのいずれかにおいて、フォーカシングが可能になるので、撮影者にとって利便性の高いレンズ鏡筒を提供することができる。

好ましくは、カム機構は、ズーム領域またはフォーカス領域のいずれか一方の端部に、撮影光学系の焦点距離が、レンズ駆動手段の駆動量に対して一定に変化しない非線形領域を有する。

具体的には、非線形領域は、レンズ群をマクロ撮影が可能な配置とするマクロ撮影領域である。

この構成により、至近距離に位置する被写体にフォーカシングが可能となるので、撮影者にとって利便性の高いレンズ鏡筒を提供することができる。

また、この構成により、レンズ鏡筒は、ズームフォーカス領域において、撮影光学系の焦点距離とカム筒の回転角とを線形に変化させることができるので、被写体像の画角変化を一定にすることができる。

好ましくは、カム機構は、ズーム領域またはフォーカス領域のいずれか一方の端部に、撮影が行われない非撮影領域を含む。

具体的には、非撮影領域は、レンズ群の光軸方向の距離を短縮する沈胴領域である。

この構成により、光軸方向の厚さをさらに薄くすることができ、さらに小型化されたレンズ鏡筒を提供することができる。

上記の目的は、以下の撮像ユニットにより達成される。
複数のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーミングおよびズーム位置に対応するフォーカシングを行うズームレンズ鏡筒を備え、被写体の光学的な像を電気的な画像信号に変換可能な撮像ユニットであって、
複数のレンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、
撮影光学系により形成された光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像センサと、
複数のレンズ群を案内するカム機構とを備え、
カム機構は、カム溝を有する規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、
カム溝は、ズーミングを行うズーム領域とフォーカシングを行うフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、
区間の一方端から他方端において、撮影光学系の焦点距離を、規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有する。

この構成により、撮像ユニットに含まれるレンズ鏡筒は、ズームフォーカス全区間において、撮影光学系の焦点距離と、カム溝が形成された規制部材の移動量とを線形に変化させることができるので、被写体像の画角変化を一定にすることのできる小型化された撮像ユニットを提供することができる。

上記の目的は、以下のカメラによって達成される。
複数のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーミングおよびズーム位置に対応するフォーカシングを行うズームレンズ鏡筒を備え、被写体の光学的な像を電気的な画像信号に変換し、画像信号を出力可能なカメラであって、
複数のレンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、
撮影光学系により形成された光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像センサと、
撮像センサにより出力される画像信号を記録する画像記録手段と、
複数のレンズ群を案内するカム機構とを備え、
カム機構は、カム溝を有する規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、
カム溝は、ズーミングを行うズーム領域とフォーカシングを行うフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、
区間の一方端から他方端において、撮影光学系の焦点距離を、規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有する。

この構成により、カメラに含まれるレンズ鏡筒は、ズームフォーカス全区間において、撮影光学系の焦点距離と、カム溝が形成された規制部材の移動量とを線形に変化させることができるので、被写体像の画角変化を一定にすることができる。したがって、撮影者は、違和感なくズーム操作を行うことができるので、利便性の高いカメラを提供することができる。

また、この構成により、さらに小型化されたカメラを提供することができる。

上記の目的は、以下の携帯端末機器によって達成される。
複数のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーミングおよびズーム位置に対応するフォーカシングを行うズームレンズ鏡筒を含み、被写体の光学的な像を電気的な画像信号に変換し、画像信号を出力可能なカメラを筐体内に備える携帯端末機器であって、
複数のレンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、
撮影光学系により形成された光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像センサと、
撮像センサにより出力される画像信号を記録する画像記録手段と、
複数のレンズ群を案内するカム機構とを備え、
カム機構は、カム溝を有する規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、
カム溝は、ズーミングを行うズーム領域とフォーカシングを行うフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、
区間の一方端から他方端において、撮影光学系の焦点距離を、規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有する。

この構成により、携帯端末機器に含まれるレンズ鏡筒は、ズームフォーカス全区間において、撮影光学系の焦点距離と、カム溝が形成された規制部材の移動量とを線形に変化させることができるので、被写体像の画角変化を一定にすることができる。したがって、撮影者は、違和感なくズーム操作を行うことができるので、利便性の高い携帯端末機器を提供することができる。

また、この構成により、小型化されたカメラが搭載されるので、携帯端末機器をさらに小型化することができる。

以上のように、本発明は、ズームフォーカス方式を用いた撮影光学系において、ズーミング駆動時に焦点距離を一定に変化させることのできる小型軽量化され、かつ簡素な構成のレンズ鏡筒または撮像ユニット、カメラおよび携帯端末機器を提供することができる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るレンズ鏡筒の構成を示す概略断面図である。図１は、レンズ鏡筒１の撮影光学系Ｌが広角端にあるときの断面図である。レンズ鏡筒１は、固定筒２と、固定筒２の内側にカム筒３と、撮影光学系Ｌと、第１レンズ群固定枠１２１と、第２レンズ群移動枠１２２と、第３レンズ群移動枠１２３と、ローパスフィルタ１２４と、撮像センサ１２５とを中心に構成される。

固定筒２は、光軸１０１を中心軸とし、光軸１０１と平行な方向に延びた円筒形状である。また固定筒２は、その内周側に、光軸と平行な方向の図示しない直進溝を有する。

カム筒３は、固定筒２の内周側に構成され、光軸１０１を中心軸とする円筒形状である。カム筒３は、光軸周りに３本の独立したカム溝を有する。また、カム筒３は、図示しないモータの駆動力により回転可能である。

ローパスフィルタ１２４は、被写体の光学的な像から所定の空間周波数成分をカットする光学性能を有する。ローパスフィルタ１２４は、光学特性に基づき被写体の光学的な像の擬色およびモアレを軽減する。

撮像センサ１２５は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）である。撮像センサ１２５は、撮影光学系Ｌにより形成される光学的な像を、電気的な画像信号へ変換し、出力する。なお、撮像センサ１２５は、ＭＯＳイメージセンサでもよい。ＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含む。

図２は、撮影光学系の構成図である。撮影光学系Ｌは、撮影倍率の変更が可能なズームレンズ系である。撮影光学系Ｌは、撮像センサ１２５上に被写体の光学的な像を形成する。撮影光学系Ｌは、被写体側から像側へ、第１レンズ群１１１と、第２レンズ群１１２と、第３レンズ群１１３とを含む。また、第１レンズ群１１１は、負の屈折力を有し、第２レンズ群１１２および第３レンズ群１１３は、それぞれ正の屈折力を有する。図に示すレンズ構成図は、上から順に、焦点距離が広角位置、中間位置、望遠位置における撮像光学系のレンズ配置を示す。また、図中の矢印は、広角位置から望遠位置までのズーミングによる各レンズ群の移動を模式的に示す。

本実施の形態に係るレンズ鏡筒１は、ズームフォーカス方式であり、専用のフォーカス機構を備えることなく、１つのモータでズーミングとフォーカシングとを行う。レンズ鏡筒１は、あらかじめ設定された複数のズーミング位置においてフォーカシングが可能である。

図１において、各レンズ群は、円筒形状を有する各レンズ群移動枠１２１、１２２、１２３により保持される。また、各レンズ群移動枠は、ガイドピン１２１ａ、１２２ａ、１２３ａをそれぞれ有する。各ガイドピンは、カム溝および固定筒２の直進溝と係合する。したがって、各レンズ群は、レンズ移動枠とともにカム溝に案内されて、光軸方向に直進移動する。

レンズ鏡筒の底部には、図示しないモータが設置される。モータは駆動信号に基づいて回転運動を行う。モータの駆動力は、モータの出力軸に形成されたピニオンギヤからギヤ列を介して、カム筒３に伝達される。カム筒３に伝達される回転運動は、カム筒３に形成されたカム溝および固定筒２に形成された直進溝により、各レンズ群移動枠に直進運動として伝達される。本実施の形態において、第２レンズ群１１２と第３レンズ群１１３は、カム形状に従って、所定の移動量および方向に移動する。一方、第１レンズ群１１１は固定される。図２に示すように、光軸上に第２レンズ群１１２が被写体側に、また第３レンズ群１１３が結像面側に移動することにより、焦点距離は、広角端から望遠端へと変化する。また、合焦位置は、焦点距離が広角、中間、望遠位置に対応するフォーカス領域において、第２レンズ群１１２と第３レンズ群１１３との位置を光軸方向に変化させることにより調整される。

図３は、本実施の形態に係るレンズ鏡筒のカム曲線と焦点距離との関係を示す。図３中、上部のグラフはカム曲線であり、下部のグラフは焦点距離の変化を示す。カム曲線グラフは、カム筒３に形成されるカム形状を示す。一方、焦点距離グラフは、カム筒３の回転角に対する焦点距離の変化を示す。それぞれ横軸は、カム筒の回転角を示す。

図のカム曲線グラフに示すように、１本のカム曲線により、ズーミングおよびフォーカシングが可能なレンズの配置となるように、それぞれのカム曲線の形状は形成される。すなわち、各レンズ群は、あらかじめ設定された広角位置と中間位置と望遠位置のいずれかのズーミング位置に移動した後、フォーカシングを行う。それぞれのズーミング位置のフォーカス領域２４１、２４２、２４３において、撮影光学系Ｌは、被写体距離が無限遠と中間距離と近接距離合焦位置を有する。

フォーカス領域２４１でのカム筒の回転位置２２１において、撮影光学系Ｌは、広角端の焦点距離で、かつ無限遠に位置する被写体に合焦可能である。また、回転位置２３１において、撮影光学系Ｌは、広角端の焦点距離で、かつ近接距離に位置する被写体に合焦可能である。また、フォーカス領域２４２でのカム筒の回転位置２２２において、撮影光学系Ｌは、中間位置の焦点距離で、かつ無限遠の被写体に合焦可能であり、回転位置２３２においては近接距離の被写体に合焦可能である。さらに、フォーカス領域２４３でのカム筒の回転位置２３３において、撮影光学系Ｌは、望遠端の焦点距離で、かつ近接距離の被写体に合焦可能な位置であり、回転位置２２３においては無限遠の被写体に合焦可能である。

次に、カム筒の回転角と焦点距離の変化について説明する。モータがズーム方向に駆動すると、カム筒３は回転し、第２レンズ群１１２および第３レンズ群１１３は、ガイドピンとカム溝が係合することにより、カム曲線に案内されて光軸方向に移動する。それに伴って、撮影光学系Ｌの焦点距離は、広角端から中間位置に設定される。さらにカム筒３がズーム方向に回転すると、撮影光学系Ｌの焦点距離は、中間位置から望遠端に設定される。一方、モータが逆回転することにより、焦点距離は望遠端から中間位置、そして広角端に設定される。この際、広角端から望遠端に至るまで、撮影光学系Ｌの焦点距離は、カム筒３の回転量に対して一定に変化する。

また、撮像光学系Ｌの焦点距離は、フォーカス領域においても変化する。すなわち、各レンズ群は、フォーカシングを行うために光軸方向へ移動し、それに伴い、撮影光学系Ｌの焦点距離も同時に変化する。この焦点距離の変化の際、レンズ鏡筒１は、カム曲線に示すカム形状と撮影光学系とを備えることにより、フォーカス領域においても、カム筒３の回転量に対して焦点距離を一定に変化させることができる。

したがって、本実施の形態に係るレンズ鏡筒は、ズーミングおよびフォーカシング動作において、焦点距離をカム筒の回転量に対して一定に変化させることができる。これにより、ズーム動作時の被写体像の画角変化を一定にすることできる。

図４は、カム筒３に形成されるカム曲線の詳細図である。カム筒３には、第１レンズ群固定枠１２１と係合するカム曲線２１１と、第２レンズ群移動枠１２２と係合するカム曲線２１２と、第３レンズ群移動枠１２３と係合するカム曲線２１３とが形成される。ここで、カム筒３を、仮想的な区間に分けて、それぞれの区間における各レンズ群の光軸方向への移動を考える。ここでは一例として、カム筒３に設定される１１個の仮想的なポジションを、ｐｏｓ１ないしｐｏｓ１１とする。

図４中、仮想ポジションｐｏｓ１における撮影光学系Ｌは、焦点距離が広角位置かつ無限遠の被写体に合焦する。ｐｏｓ２における撮影光学系Ｌは、広角位置かつ中間距離の被写体に合焦し、またｐｏｓ３における撮影光学系Ｌは、広角位置かつ近接距離の被写体に合焦する。ｐｏｓ６、７、８における撮影光学系Ｌは、焦点距離が中間位置で、合焦する位置はそれぞれ無限遠、中間距離、近接距離である。さらに、ｐｏｓ９、１０、１１における撮影光学系Ｌは、焦点距離が望遠位置で、かつ合焦する位置はそれぞれ近接距離、中間距離、無限遠である。なお、ｐｏｓ４、５は、フォーカシングを行わず、撮影時には用いられないダミーポジションである。また、図中、Ｄ１は、第１レンズ群と第２レンズ群の軸上間隔、Ｄ２は、第２レンズ群と第３レンズ群との軸上間隔、Ｄ３は、第３レンズ群とローパスフィルタ１２４等の固定群との軸上間隔を示す。なお、隣接する仮想ポジション間の距離、すなわち隣接する仮想ポジションへ移行させるために必要なカム筒の回転角は、それぞれ等しくなるように設定される。

モータの駆動力が伝達されるカム筒３は、各ポジションに対応する回転角となるように回転制御される。カム筒３の回転により、各レンズ群は、カム溝に案内されて光軸方向へ移動し、適切な焦点距離および焦点位置となるように配置される。

したがって、このようなカム曲線をカム筒に形成することにより、ズーミングおよびフォーカシングによる各レンズ群の移動に伴う焦点距離の変化を、カム筒の回転量に対して一定にすることができる。

以上のように、本実施の形態に係るズームフォーカス方式のレンズ鏡筒によれば、カム筒の回転量に応じて、ズーム領域およびフォーカス領域において焦点距離を一定に変化させることができるので、被写体像の画角変化を一定にすることができる。したがって、撮影者は、違和感なくズーミング操作を行うことができ、利便性の高いレンズ鏡筒を提供することができる。

また、本実施の形態に係るレンズ鏡筒によれば、ズーミング駆動時の被写体像の画角変化を、電子ズーム処理を行うことなく、撮像光学系およびカムにより一定にすることができるので、構成が簡素化されたレンズ鏡筒を提供することができる。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係るレンズ鏡筒の構成を示す概略図である。本実施の形態に係るレンズ鏡筒３０は、実施の形態１に係るレンズ鏡筒と、ほぼ同様の構成であるが、以下の２つの点で異なる。第１に、レンズ鏡筒３０は、カム筒に形成されるカム曲線に沈胴領域を含むので、撮影が行われない場合には、各レンズ間の距離を短縮することができる。第２に、レンズ鏡筒３０は、カム曲線にマクロ撮影領域を含むので、至近距離に位置する被写体を撮影することができる。マクロ撮影は、被写体に接写して撮影が可能であり、小さな被写体や被写体の一部を大きく撮影する場合に行われる。マクロ撮影において、撮影光学系Ｌは、等倍以上の被写体像を撮像センサ上に形成する。なお、実施の形態１と同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。

図５に示すように、撮影が行われない場合には、撮影光学系Ｌの光学性能を無視することができるので、各レンズ間の距離を短縮することができる。したがって、レンズ鏡筒３０は、実施の形態１に係るレンズ鏡筒と比較して、光軸方向の厚みを小さくすることができる。これにより、レンズ鏡筒３０を備えるカメラは、非撮影時において、各レンズ群をカメラの筐体内に収納することができ、小型化を実現することができる。

図６は、本実施の形態に係るレンズ鏡筒のカム曲線と焦点距離との関係を示す。本実施の形態において、カム筒３３は、ズーム領域と、フォーカス領域２４１、２４２、２４３に加えて、沈胴領域２４５とマクロ撮影領域２４４とを有する。沈胴領域２４５は、撮影が行われない収納位置であり、各レンズ群の相対的な距離が最も短くなるようにカム溝が形成される。

マクロ撮影領域２４４は、近接距離よりもさらに至近距離に位置する被写体を撮影するための区間である。各レンズ群は、カム筒の回転により、カム溝に案内されて、至近距離の被写体に合焦可能となるよう移動する。なお、マクロ撮影領域２４４は、各ズーミング位置のフォーカス領域において、至近距離の被写体に合焦可能な位置として、マクロ撮影ポジションの設定が可能である。しかしながら、被写体は至近距離に位置するため、結像位置が光軸方向にずれ、デフォーカスとなる。したがって、本実施の形態において、カム筒３３には、ズームフォーカス領域とは別に、望遠端にマクロ撮影領域２４４を設けている。マクロ撮影領域へ移行させるためには、カム筒３３を、望遠端のフォーカス領域２４３から、さらに望遠側へ回転させる。これにより、第２レンズ群移動枠１２２および第３レンズ群移動枠１２３は、カム曲線に案内されて光軸方向へ移動し、至近距離の被写体に合焦することができる。

このように、本実施の形態に係るレンズ鏡筒は、実施の形態１の効果に加えて、レンズ群をカメラの筐体内に沈胴させることができる、光軸方向に薄型化されたレンズ鏡筒を提供することができる。

このように、本実施の形態に係るレンズ鏡筒は、実施の形態１の効果に加えて、カム筒には、マクロ撮影領域が設定されているので、至近距離に位置する被写体に合焦することができるので、利便性の高いレンズ鏡筒を提供することができる。

また、本実施の形態に係るレンズ鏡筒において、カム筒にはマクロ撮影領域をズームフォーカス領域とは別に設定されているので、簡素な構成でマクロ撮影が可能なレンズ鏡筒を提供することができる。

なお、実施の形態２において、カム曲線は、沈胴領域において、各レンズ群間隔を最小となるよう収納したが、これに限られない。例えば、レンズ群を収納せず、撮影が行われない非撮影領域としてもよい。

なお、実施の形態１および２に係るレンズ鏡筒において、沈胴領域およびマクロ撮影領域は、カム筒の回転量に応じ、焦点距離の変化しない非線形領域としたが、これに限られない。例えば、沈胴領域あるいはマクロ撮影領域のどちらか一方を非線形領域としてもよい。

（実施の形態３）
図７（ａ）は、実施の形態３に係る撮像ユニットの断面図である。撮像ユニット４００は、被写体側から順に、レンズ鏡筒４１０と、ローパスフィルタ４２０と、撮像センサ４３０とを中心に構成される。図７（ａ）は、撮影光学系Ｌの焦点距離を望遠端に設定した場合を示す。

図７（ｂ）は、実施の形態３に係る撮像ユニット４００の斜視図である。図７（ｂ）において、撮像ユニット４００は、レンズ鏡筒４１０とフランジ部４４０とを有する。フランジ部４４０は、光軸１０１と垂直に取り付けられ、その中心部に図示しない開口部が形成される。開口部には、ローパスフィルタ４２０と撮像センサ４３０とが取り付けられる。

本実施の形態に係る撮像ユニット４００に含まれるレンズ鏡筒は、実施の形態１または２と同様にステップズーム方式である。したがって、１つのモータで、ズーミングとフォーカシングを行うことができるので、小型軽量化された撮像ユニットとすることができる。また、レンズ鏡筒に沈胴領域を設定することにより、さらに光軸方向に薄くすることができるので、さらに小型化された撮像ユニットとすることができる。

図８は、本実施の形態に係る撮像ユニット４００を備えるデジタルカメラを示す図である。デジタルカメラ４５０は、ＬＣＤ４６０を備えているので、撮影光学系Ｌにより結像される被写体像のライブビュー画像を表示することができる。本実施の形態に係る撮像ユニットに含まれるレンズ鏡筒は、カム筒の回転量に対して、焦点距離が一定に変化するように、カム筒にカム溝が形成されている。したがって、ズーム動作中にＬＣＤ４６０に表示される被写体像の画角変化を一定にすることができ、撮影者はＬＣＤ４６０に表示される被写体像を確認しながら撮影を行う際、違和感なくズーム操作を行うことができる。また、電子ズーム方式を用いることなく、表示される被写体像の画角変化を一定にすることができるので、デジタルカメラの構成を簡素化することができる。

図９は、本実施の形態に係る撮像ユニットを搭載した携帯端末機器を示す。一例として、携帯電話機に搭載した場合を示す。携帯電話機４７０は、表示画面４８０と操作ボタン４８１とを含む筐体４８２と、撮像ユニット４００とを備える。本実施の形態に係る撮像ユニット４００は、光軸方向に薄くすることができるので、携帯電話機に搭載することができる。

携帯電話機４７０は、撮像ユニット４００により結像される被写体像を表示画面４８０に表示させることができる。そして、ズーム動作中に表示される被写体像の画角変化を一定にすることができる。

このように、本実施の形態に係る撮像ユニットは、１つのモータでズーミングとフォーカシングを行うことができるので小型化することができる。さらに、撮像ユニットを備えるデジタルカメラや携帯電話機は、簡素な構成で、ズーミング駆動時においても表示部に表示される被写体像の画角変化を一定にすることができる。

このように、本実施の形態に係る撮像ユニットにより、ズーミングおよびフォーカシングが可能なカメラが搭載された小型で、かつ機能性の高い携帯端末機器を提供することができる。

なお、実施の形態１ないし３に係るレンズ鏡筒において、レンズ群を移動させるために、円筒形状のカム筒を用いたが、これに限られない。例えば、板カムを用いて各レンズ群を移動させてもよい。

（実施例）
実施の形態１ないし３に係るレンズ鏡筒に含まれるズームレンズの数値実施例を以下に示す。実施例において、ｉは物体側から数えたレンズの面番号、ＣＲは曲率半径、Ｔは軸上間隔、Ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはアッベ数を示す。また、Ｋはコーニック係数、Ａｎはｎ次の非球面係数を示す。

実施例におけるｐｏｓ１ないしｐｏｓ１１は、実施の形態において、レンズ鏡筒に含まれるカム筒に設定される仮想的なポジションに対応する。なお、隣接するポジション間の距離は等しくなるように設定される。また、Ｄ１は第１レンズ群と第２レンズ群との軸上間隔、Ｄ２は第２レンズ群と第３レンズ群との軸上間隔、さらにＤ３は第３レンズ群と固定群との軸上間隔を示す。なお、Ｄ１ないしＤ３は、表中の軸上間隔ＴにおけるＤ１ないしＤ３に対応する。ＦＬは、撮影光学系Ｌの焦点距離を示す。ＯＤは、撮影光学系Ｌに対する被写体の位置を示す。

さらに、実施例において、物体側より２、１１、１２、１５、１６番目の面は、非球面形状の屈折光学面であることを示す。なお、非球面形状は、光軸を像側に向かってＸ軸を定義したとき、以下の式で与えられる。

このように、撮影光学系Ｌの焦点距離ＦＬは、カム筒に設定された仮想ポジションに対して線形に変化する。したがって、実施例より、撮影光学系Ｌの焦点距離は、カム筒の回転角に対して一定に変化している。

本発明のレンズ鏡筒および撮像ユニットは、小型化、薄型化が要望されている、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ機能付きの携帯電話端末およびＰＤＡなどに好適である。

実施の形態１に係るレンズ鏡筒の構成を示す概略断面図 実施の形態１に係る撮影光学系の構成図 実施の形態１に係るレンズ鏡筒に係るカム曲線と焦点距離との関係を示す図 実施の形態１に係るカム筒に形成されるカム曲線の詳細図 実施の形態２に係るレンズ鏡筒の構成を示す概略図 実施の形態２に係るレンズ鏡筒のカム曲線と焦点距離との関係を示す図 （ａ）は、実施の形態３に係る撮像ユニットの断面図、（ｂ）は実施の形態３に係る撮像ユニットの斜視図 実施の形態３に係る撮像ユニットを備えるデジタルカメラを示す図 実施の形態３に係る撮像ユニットを搭載した携帯端末機器を示す図 従来のデジタルカメラに係るカム曲線と焦点距離との関係を示す図

符号の説明

１ レンズ鏡筒
２ 固定筒
３ カム筒
３０ レンズ鏡筒
３２ 固定筒
３３ カム筒
１０１ 光軸
１１１ 第１レンズ群
１１２ 第２レンズ群
１１３ 第３レンズ群
１２１ 第１レンズ群固定枠
１２１ａ ガイドピン
１２２ 第２レンズ群移動枠
１２２ａ ガイドピン
１２３ 第３レンズ群移動枠
１２３ａ ガイドピン
１２４ ローパスフィルタ
１２５ 撮像センサ
２１１ カム曲線
２１２ カム曲線
２１３ カム曲線
２１４ 焦点距離
２２１ カム筒の回転位置
２２２ カム筒の回転位置
２２３ カム筒の回転位置
２３１ カム筒の回転位置
２３２ カム筒の回転位置
２３３ カム筒の回転位置
２４１ フォーカス領域
２４２ フォーカス領域
２４３ フォーカス領域
２４４ マクロ撮影領域
２４５ 沈胴領域
３２１ 第１レンズ群固定枠
３２２ 第２レンズ群移動枠
３２３ 第３レンズ群移動枠
４００ 撮像ユニット
４１０ レンズ鏡筒
４２０ ローパスフィルタ
４３０ 撮像センサ
４４０ フランジ部
４５０ デジタルカメラ
４６０ ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）
４７０ 携帯電話機
４８０ 表示画面
４８１ 操作ボタン
４８２ 筐体

Claims (11)

1. 複数のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーミングおよび当該ズーム位置に対応するフォーカシングを行うズームレンズ鏡筒であって、
   複数の前記レンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、
   複数の前記レンズ群を案内するカム機構とを備え、
   複数の前記レンズ群は、前記カム機構により光軸方向に移動可能であり、
   前記カム機構は、カム溝を有する規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、
   前記カム溝は、前記ズーミングを行うズーム領域と前記フォーカシングを行うフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、
   前記ズーミングにおいて、前記撮影光学系の焦点距離を、前記規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有することを特徴とする、レンズ鏡筒。
2. 前記カム溝は、前記フォーカス領域を含む前記区間の一方端から他方端において、前記撮影光学系の焦点距離を、前記規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記規制部材は、前記レンズ鏡筒内に回転可能に保持され、周面に前記カム溝を有する回転部材であり、
   前記保持部材は、前記レンズ群を保持し、前記カム溝と係合する前記カムフォロアを有するレンズ保持部材であり、
   複数の前記レンズ群は、前記回転部材の回転量に応じて前記カム溝に案内されて、光軸方向に移動し、
   前記カム溝は、前記ズーミングを行うズーム領域と前記フォーカシングを行うフォーカス領域とを連続して交互に形成された区間を含み、
   前記回転部材の回転量に対して、前記撮影光学系の焦点距離が一定に変化するように、前記レンズ群を案内する形状を有することを特徴とする、請求項２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記カム機構は、少なくとも３以上のズーム領域を有することを特徴とする、請求項２に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記カム機構は、前記ズーム領域または前記フォーカス領域のいずれか一方の端部に、前記撮影光学系の焦点距離が、前記レンズ駆動手段の前記駆動量に対して一定に変化しない非線形領域を有することを特徴とする、請求項２に記載のレンズ鏡筒。
6. 前記非線形領域は、前記レンズ群をマクロ撮影が可能な配置とするマクロ撮影領域であることを特徴とする、請求項５に記載のレンズ鏡筒。
7. 前記カム機構は、前記ズーム領域または前記フォーカス領域のいずれか一方の端部に、撮影が行われない非撮影領域を含むことを特徴とする、請求項２に記載のレンズ鏡筒。
8. 前記非撮影領域は、前記レンズ群の光軸方向の距離を短縮する沈胴領域であることを特徴とする、請求項７に記載のレンズ鏡筒。
9. 複数のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーミングおよび当該ズーム位置に対応するフォーカシングを行うズームレンズ鏡筒を備え、被写体の光学的な像を電気的な画像信号に変換可能な撮像ユニットであって、
   複数の前記レンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、
   前記撮影光学系により形成された光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像センサと、
   複数の前記レンズ群を案内するカム機構とを備え、
   前記カム機構は、カム溝を有する規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、
   前記カム溝は、前記ズーミングを行うズーム領域と前記フォーカシングを行うフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、
   前記区間の一方端から他方端において、前記撮影光学系の焦点距離を、前記規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有することを特徴とする、撮像ユニット。
10. 複数のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーミングおよび当該ズーム位置に対応するフォーカシングを行うズームレンズ鏡筒を含み、被写体の光学的な像を電気的な画像信号に変換し、前記画像信号を出力可能なカメラであって、
    複数のレンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、
    前記撮影光学系により形成された光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像センサと、
    前記撮像センサにより出力される前記画像信号を記録する画像記録手段と、
    複数の前記レンズ群を案内するカム機構とを備え、
    前記カム機構は、カム溝を有する規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、
    前記カム溝は、前記ズーミングを行うズーム領域と前記フォーカシングを行うフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、
    前記区間の一方端から他方端において、前記撮影光学系の焦点距離を、前記規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有することを特徴とする、カメラ。
11. 複数のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーミングおよび当該ズーム位置に対応するフォーカシングを行うズームレンズ鏡筒を含み、被写体の光学的な像を電気的な画像信号に変換し、前記画像信号を出力可能なカメラを筐体内に備える携帯端末機器であって、
    複数のレンズ群を含み、被写体の光学的な像を形成する撮影光学系と、
    前記撮影光学系により形成された光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像センサと、
    前記撮像センサにより出力される前記画像信号を記録する画像記録手段と、
    複数の前記レンズ群を案内するカム機構とを備え、
    前記カム機構は、カム溝を有する規制部材と、カムフォロアを有する保持部材とを含み、
    前記カム溝は、前記ズーミングを行うズーム領域と前記フォーカシングを行うフォーカス領域とが連続して交互に形成された区間を含み、
    前記区間の一方端から他方端において、前記撮影光学系の焦点距離を、前記規制部材の移動量に対して一定に変化させる形状を有することを特徴とする、携帯端末機器。
    
    

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