JP2008102388A - レンズ鏡胴、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、軽量のレンズ鏡胴、及び小型、軽量の撮像装置を提供する。
【解決手段】光軸方向に移動可能に保持された少なくとも１以上のレンズを保持する第１の玉枠と、光軸方向に移動可能に保持された少なくとも１以上のレンズを保持する第２の玉枠とを含む撮像光学系を有するレンズ鏡胴において、第１の玉枠は、該第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い光軸と直交する方向に移動するとともに、第２の玉枠とカム結合する可動子を備え、第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、第２の玉枠を移動する構造となっていることを特徴とするレンズ鏡胴。
【選択図】図３

Description

本発明は、レンズ鏡胴、及び撮像装置に関する。

従来、レンズの玉枠（移動枠）に固定したピンと、入子式に嵌合する複数の筒状部材に形成したカム溝との係合を利用して、レンズを光軸方向に駆動させていた。

ところが、このようなカム機構においては、カム溝が形成される筒状部材やこれと係合するピン等の部品を小型化しようとしても、加工上および組立上の限度があり、このため、カム機構の小型化が光学系の小型化についていけないという問題があった。

また、上記カム機構においては、光軸方向に進退する各レンズが光軸に対して傾斜するのを防止する傾き規制機構が設けられるが、レンズを保持する移動枠が光軸を中心として回転しながら進退するために、複数の移動枠についてその相互干渉を避けながら小型化を図ろうとすると、傾き規制機構のスパンを長くとることができなくなり、この結果、レンズの傾斜を防止することが困難となっていた。

そこで、螺旋状のネジを外周面に設けた棒状の駆動軸をレンズの光軸に対して平行に配置するとともに、駆動軸のネジに係合するネジをレンズ枠に設けて、駆動軸の回転によりレンズを光軸方向に移動させることが行われるようになっている。この場合、光軸の傾きや位置ずれを防止する必要があり、そのために、レンズの光軸に平行なガイド軸を設け、ガイド軸を通す貫通孔をレンズ枠に設けて、ガイド軸によってレンズ枠を移動可能に支持するのが一般的である。この構成では、鏡胴の形状に制約がなく、駆動軸やガイド軸と共に、駆動軸を回転させる駆動部を鏡胴内に配置することができて、全体としての大きさを抑えることが容易になる。

近年では、このような構成を採用するとともに、撮像光学系の光軸をミラーやプリズムによって折り曲げる屈曲光学系を採用することで、カメラの薄型化（前後方向についての小型化）を図ることも行われている（例えば特許文献１参照）。

また、圧電素子等の電気機械素子を利用した直線駆動機構を用いて可動レンズを光軸方向に駆動する方法も行われている。（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２に開示されているレンズ駆動機構では、２つのレンズ群を保持する玉枠を、直線駆動機構によって独立に任意の位置に駆動するので、特にズーミングを行うときは各玉枠の位置を高精度に検出する必要があった。そのため、高精度な位置検出をするためのセンサや信号処理装置が必要になり、小型化の妨げになっていた。このような問題を解決するため、撮影倍率と２つのレンズ群の位置関係は一意的に決まることに着目し、板状のカム機構により２つのレンズを連動して駆動する方法が開示されている（例えば特許文献３参照）。
特開２００５−３５２２３６号公報 特開平１１−９５０８２号公報 特開２００２−１８９１６５号公報

しかしながら、特許文献３の構成では、板状のカム機構により２つのレンズ群を駆動しているが、レンズ移動量に見合う大きさのカムが必要になるため、カム機構が大きくなり小型、軽量化をする上での障害になっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、一つのレンズ群の移動に伴って他のレンズ群を移動させることのできる、小型、軽量のレンズ鏡胴、及び小型、軽量の撮像装置を提供することを課題とする。

１．
光軸方向に移動可能に保持された少なくとも１以上のレンズを保持する第１の玉枠と、光軸方向に移動可能に保持された少なくとも１以上のレンズを保持する第２の玉枠とを含む撮像光学系を有するレンズ鏡胴において、
前記第１の玉枠は、該第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い光軸と直交する方向に移動するとともに、前記第２の玉枠とカム結合する可動子を備え、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、前記第２の玉枠を移動する構造となっていることを特徴とするレンズ鏡胴。

２．
前記可動子は第１のカムピンを有し、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、該第１のカムピンが摺動することによって前記可動子が光軸と直交する方向に移動するカム溝が前記レンズ鏡胴に設けられていることを特徴とする１に記載のレンズ鏡胴。

３．
前記可動子は第１のカムピンを有し、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、該第１のカムピンが摺動することによって前記可動子が光軸と直交する方向に移動する端面カムが前記レンズ鏡胴に設けられていることを特徴とする１に記載のレンズ鏡胴。

４．
前記第１の玉枠と前記第２の玉枠は、両者を接近する方向に付勢する付勢手段で連結されるとともに、
前記第２の玉枠は、前記第１の玉枠に対向する側に、光軸に対して傾斜した面を有する第２摺接部を備え、
前記可動子は前記第２摺接部と摺接する面を備えた第１摺接部を有し、
前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、前記第２摺接部が前記第１摺接部の摺接面で摺動し前記第２の玉枠を移動する構造となっていることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。

５．
前記可動子と前記第２の玉枠の何れか一方は第２のカムピンを有し、他方はカム溝を有し、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、該第２のカムピンが前記カム溝を摺動することによって前記第２の玉枠が光軸方向に移動することを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。

６．
前記可動子と前記第２の玉枠の何れか一方は第２のカムピンを有し、他方は端面カムを有し、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、該第２のカムピンが前記端面カムを摺動することによって前記第２の玉枠が光軸方向に移動することを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。

７．
前記レンズ鏡胴は箱形形状であり、前記レンズ鏡胴の面に対して前記可動子の移動方向が斜めになるように配置したことを特徴とする１乃至６の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。

８．
前記第１の玉枠を光軸方向に駆動するための駆動力発生部と、該駆動力発生部からの駆動力を前記第１の玉枠に摩擦力を介して伝達する駆動力伝達部とを含む摩擦駆動タイプの駆動手段を有することを特徴とする１乃至７の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。

９．
前記駆動手段はリニアアクチュエータであることを特徴とする８に記載のレンズ鏡胴。

１０．
前記第１の玉枠を光軸方向に駆動するステッピングモータを有することを特徴とする１乃至７の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。

１１．
前記第２の玉枠は前記第２摺接部を設けた第２摺接部移動枠と、前記レンズ群を保持するレンズ移動枠により構成され、前記レンズ移動枠を前記第２摺接部移動枠に対して移動させる駆動手段を前記第２摺接部移動枠に設けたことを特徴とする１乃至１０の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。

１２．
前記撮像光学系は、撮像光学系の光軸が反射素子によって折り曲げられる反射光学系を有することを特徴とする１乃至１１の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。

１３．
１乃至１２の何れか１項に記載のレンズ鏡胴を有する撮像装置。

本発明によれば、光軸と直交する方向に移動可能に第１の玉枠に保持された可動子により第２の玉枠を移動させるので、小型、軽量な構成で一つのレンズ群の移動に伴って他のレンズ群を移動させることができる。

以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は本発明の第１の実施形態におけるレンズ鏡胴の主要部斜視図、図２は本発明の第１の実施形態におけるレンズ鏡胴の主要部平面図である。以下の説明においては、各図に示すＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて、方向および向きを示すこととする。

図１、図２において、１０は第１可動レンズ群、２０は第２可動レンズ群であり、この２つの可動レンズ群を含む光学系によって撮像光学系が形成されている。第１可動レンズ群１０は第１玉枠１１に保持され、この第１玉枠１１はガイド６０とロッド４０によって支持されている。第１玉枠１１はガイド６０によって回転を規制され、ロッド４０によって傾きを規制される。ガイド６０は、後に説明する第２玉枠２１にも係合し、光軸Ｌ２方向（Ｙ軸方向）に案内し支持する。

ロッド４０は、本発明の駆動力伝達部であり、光軸Ｌ２方向（Ｙ軸方向）に配置されており、板バネ２３によって第１玉枠１１の当接部１１ａに当接するように付勢され、第１玉枠１１と摩擦結合している。ロッド４０は、一端が圧電素子４２に接着固定され、圧電素子４２は鏡胴１の固定枠４に接着固定されている。圧電素子４２は、多数の圧電板を積層してなる一種の電気機械変換手段であり本発明のリニアアクチュエータである。後に詳しく説明するように、図１には図示せぬカメラ制御部は、圧電素子４２による光軸方向への伸縮を駆動源としてロッド４０を光軸Ｌ２方向に駆動し、第１玉枠１１を所定の位置に移動させる。ロッド４０と圧電素子４２は本発明のリニアアクチュエータであり、ロッド４０は駆動軸を兼ねている。

図２のように第１玉枠１１には可動子軸２６に支持される可動子２５が、可動子軸２６に沿って矢印で示すＸ軸方向（光軸Ｌ２と直交する方向）に移動可能な状態で取り付けられている。また、可動子２５の第１のカムピン２５ｂは、鏡胴１に固定されたカム板６５のカム溝６６に係合しているので、第１玉枠１１が光軸Ｌ２（Ｙ軸方向）方向に移動すると第１のカムピン２５ｂはカム溝６６に沿って移動し、可動子２５はＸ軸方向に移動する。可動子２５の動作については後に詳しく説明する。

第２玉枠２１は第２可動レンズ群２０を保持するレンズ移動枠２４と、第２摺接部２２ａを有する第２摺接部移動枠２２から構成される。レンズ移動枠２４はロッド４１とサブガイド軸６９によって、第２摺接部移動枠２２はガイド６０とサブガイド軸６９によって支持されており、光軸Ｌ２方向に移動可能である。レンズ移動枠２４はロッド４１によって傾きを規制され、サブガイド軸６９によって回転を規制される。また、第２摺接部移動枠２２はガイド６０によって傾きを規制され、サブガイド軸６９によって回転を規制される。

ロッド４１は、一端が圧電素子４３に接着固定され、圧電素子４３は第２摺接部移動枠２２に接着固定されている。また、ロッド４１の他端は光軸Ｌ２方向（Ｙ軸方向）に移動可能に鏡胴１に支持されている。ロッド４１と圧電素子４３は本発明のリニアアクチュエータであり、ロッド４１は駆動軸を兼ねている。

ロッド４１の場合もロッド４０と同様に図示せぬカメラ制御部が、圧電素子４３を駆動源としてロッド４１を光軸方向に駆動し、レンズ移動枠２４を第２摺接部移動枠２２内の所定の位置に移動させる。駆動手段であるロッド４１の駆動原理はロッド４０と同様であり説明を省略する。

次に、ズーミング時の第１玉枠１１および第２玉枠２１の動きについて説明する。

図３は第１の実施形態におけるレンズ駆動機構によって、ズーミングするときの第１玉枠１１および第２玉枠２１の動きを説明する説明図である。図３（ａ）はワイド端、図３（ｂ）はテレ端の状態である。

ワイド側にズーミングする場合は、第１玉枠１１は図３（ｂ）の矢印方向、すなわちＹ軸負方向に移動する。すると可動子２５の第１のカムピン２５ｂはカム溝６６に沿ってＸ軸正方向に移動し、可動子２５の第１摺接部２５ａもＸ軸正方向に移動する。第１の玉枠１１と第２玉枠２１はコイルバネ４５によって互いに接する方向に付勢されているので、第２摺接部２２ａは第１摺接部２５ａと摺接面で摺動してＹ軸正方向に移動する。このときの第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０のレンズ中心間の距離はｄ１である。

テレ側にズーミングする場合は、第１玉枠１１は図３（ａ）の矢印方向、すなわちＹ軸正方向に移動する。すると可動子２５の第１のカムピン２５ｂはカム溝６６に沿ってＸ軸負方向に移動し、可動子２５の第１摺接部２５ａもＸ軸負方向に移動する。すると、第２摺接部２２ａと第１摺接部２５ａが摺動する摺接面にコイルバネ４５の付勢力に逆らうＹ軸負方向の力が発生し、第２玉枠２１は第１の玉枠１１に対してＹ軸負方向に移動する。このときの第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０のレンズ中心間の距離はｄ２となり、ワイド側のとき距離ｄ１よりも長くなる。

後に詳しく説明するように、第１玉枠１１はロッド４０と摩擦力を介して駆動伝達を行うが、コイルバネ４５の付勢力が可動子２５及びカム溝６６により光軸Ｌ２方向に変換される分力が第１玉枠１１を保持する摩擦力より小さくなるようコイルバネ４５の付勢力が設定されている。

このように、可動子２５の第１摺接部２５ａと第２摺接部２２ａが摺動（カム結合）することによって第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０のレンズ中心間の距離が変化し、第１可動レンズ群１０を移動させるだけでズーム倍率を変更できる。また、可動子２５の第１摺接部２５ａと第２摺接部２２ａは小型であり配置の自由度が大きいので、レンズ鏡胴１を小型、軽量に構成することができる。

図４は、ズーミング時における第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０のズーム曲線の一例を示している。紙面上下方向は撮像光学系の焦点距離を表し、紙面上側がワイド側、紙面下側がテレ側である。また、紙面左右方向は各焦点距離における各光学系の光軸Ｌ２上（Ｙ軸方向）の位置を表している。図中のＯ１は第１可動レンズ群１０の位置を、Ｏ２は第２可動レンズ群２０の位置を示している。

図４に示すようにズーミング中の第１可動レンズ群１０と第２可動レンズ群２０の距離は焦点距離によって異なっている。例えば、ワイド端における第１可動レンズ群１０と第２可動レンズ群２０の距離ｄ１よりテレ端における第１可動レンズ群１０と第２可動レンズ群２０の距離ｄ２は長くなっている。このようなズーム曲線に合わせて第１玉枠１１と第２玉枠２１の距離が変わるよう、カム溝６６の形状と第２摺接部２２ａ、第１摺接部２５ａの斜面の角度を設計する。

また、図４の実線で示すＯ２は無限遠点に焦点が合うように第２可動レンズ群２０の位置をあわせた状態であり、近距離方向にフォーカシングを行った時は図４の点線で示す方向に第２可動レンズ群２０を移動させる。フォーカシングは図示せぬカメラ制御部が、圧電素子４３を駆動源としてロッド４１を光軸方向に駆動し、レンズ移動枠２４を第２摺接部移動枠２２内の所定の位置に移動させることにより行う。なお、ズームトラッキング補正に関しては、後に説明するレンズ移動枠を駆動させることにより行う。また、本実施形態では図４の点線で示す第２可動レンズ群２０を移動させる方向は、実線で示すＯ２より左に位置しているが、この例に限定されるものではなく右側に位置する光学系にも本発明は適用可能である。

本実施形態では、第１可動レンズ群１０と第２可動レンズ群２０の距離の変動及びフォーカシング時の第２可動レンズ群２０の移動量を抑えつつ、第１可動レンズ群１０、第２可動レンズ群２０各々の移動量が大きくなるようにレンズ設計を行っている。このことにより、可動子２５の移動量に対する第１玉枠１１の移動量を大きく取ることができるので、第２玉枠２１を高精度に位置制御できると共にレンズ移動枠を駆動させる機構を小型化でき、鏡胴１を高精度かつ小型に構成できる。また、第１可動レンズ群１０と第２可動レンズ群各々の移動量を大きくできるため、光学系の小型化にも有利である。

次に、本発明の第２の実施形態のレンズ駆動機構の動作について説明する。第１の実施形態では、第１玉枠１１の光軸方向の移動に伴い第２玉枠２１の第２摺接部２２ａが可動子２５の第１摺接部２５ａの摺接面で摺動し、第２玉枠２１を移動する構造になっていた。一方、第２の実施形態は可動子２５と第２玉枠２１を第２のカムピン２５ｄとカム溝５９とで連結する実施形態である。以下、図５を用いてレンズ駆動機構の構成と動作について説明するが、今までに説明した機能要素には同番号を付し説明を省略する。

図５は第２の実施形態のレンズ駆動機構によって、ズーミングするときの第１玉枠１１および第２玉枠２１の動きを説明する説明図である。図５（ａ）はワイド端、図５（ｂ）はテレ端の状態である。

可動子２５の突起部５６には第２のカムピン２５ｄが設けられている。第２のカムピン２５ｄが移動すると、第２玉枠２１に設けられたカム板５８はカム溝５９に沿って第２玉枠２１を移動するように構成されている。

ワイド側にズーミングする場合は、第１玉枠１１は図５（ｂ）の矢印方向、すなわちＹ軸負方向に移動する。すると可動子２５の第１のカムピン２５ｂはカム溝６６に沿ってＸ軸正方向に移動し、可動子２５の第２のカムピン２５ｄもＸ軸正方向に移動する。第２のカムピン２５ｄが移動することにより、第２玉枠２１に設けられたカム板５８はカム溝５９に沿って移動し、第２玉枠２１は第１の玉枠１１に対してＹ軸正方向に移動する。このときの第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０のレンズ中心間の距離はｄ１である。

テレ側にズーミングする場合は、第１玉枠１１は図５（ａ）の矢印方向、すなわちＹ軸正方向に移動する。すると可動子２５の第１のカムピン２５ｂはカム溝６６に沿ってＸ軸負方向に移動し、可動子２５の第２のカムピン２５ｄもＸ軸負方向に移動する。すると、第２のカムピン２５ｄが移動することにより、第２玉枠２１に設けられたカム板５８はカム溝５９に沿って移動し、第２玉枠２１は第１の玉枠１１に対してＹ軸負方向に移動する。このときの第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０のレンズ中心間の距離はｄ２となり、ワイド側のとき距離ｄ１よりも長くなる。

このように、可動子２５の第１摺接部２５ａと第２摺接部２２ａが摺動することによって第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０のレンズ中心間の距離が変化し、第１可動レンズ群１０を移動させるだけでズーム倍率を変更できる。また、本実施形態では第１の玉枠１１と第２の玉枠２１を接近させる方向に付勢するコイルバネ４５を用いていないが、第２のカムピン２５ｄとカム溝５９のガタを抑えるために使用しても良い。また、コイルバネ４５を用いる場合は、カム溝５９に代わり端面カムを用いても良い。

また、本実施形態では可動子２５にカムピン２５ｄが設けられ、第２玉枠２１に設けられたカム板５８にカム溝が設けられているが、可動子２５にカム溝または端面カムを設け、第２玉枠２１にカムピンを設けても良い。

ここで第１可動レンズ群１０を駆動する駆動軸であるロッド４０の駆動原理について説明する。

図６の圧電素子を駆動する電圧波形のグラフ、図７のロッドの移動速度のグラフ、図６のズーム曲線の説明図と合わせて説明する。

圧電素子４２に図６に実線で示したような鋸刃形の波形で表される変動電圧を連続的に印加すると、圧電素子４２が伸縮振動し、これに伴ってロッド４０がその長さ方向に振動する。図７は、このときのロッド４０の移動速度を示すグラフである。図７においては、ロッド４０がＹ軸負方向へと移動する場合の速度をプラスにとっている。

図６に実線で示した電圧波形の緩やかな立上がり傾斜部５１に対して圧電素子４２は比較的ゆっくりと伸長し、ロッド４０がＹ軸負方向へとゆっくりと移動する。また、急激な立下がり傾斜部５２に対して圧電素子４２は急速に縮んで初期長さに戻り、ロッド４０が急激にＹ軸正方向へと移動する。同様の波形が繰り返すように連続的に電圧を印加すると、ロッド４０は、Ｙ軸負方向へのゆっくりとした移動（図７における速度Ｖ１）とＹ軸正方向への急激な移動（図７における速度−Ｖ２）とを繰り返して振動する。

ここで、ロッド４０がゆっくりと移動する場合には第１玉枠１１が該ロッド４０と共に移動し、ロッド４０が急激に移動する場合には第１玉枠１１が慣性によってその場に止まる（または、ロッド４０よりも少量だけ移動する）こととなるように、押圧板２３を付勢するバネ力（押圧板２３と第１玉枠１１のロッド４０に対する摩擦結合力）が調節されている。したがって、ロッド４０が振動する間に第１玉枠１１は固定枠４に対して相対的にＹ軸負方向に移動することとなる（このときの第１玉枠１１の速度を図６に破線で示している）。第１玉枠１１をＢ方向に移動させる場合には、図７に破線で示したような、緩やかな立下がり傾斜部５３と、急激な立上がり傾斜部５４とを有する変動電圧を連続的に印加すればよい。

ロッド４０の振幅は非常に小さいため、１パルスの電圧に対応する第１玉枠１１の移動量は非常に小さく、したがって、レンズ群の位置を精密に制御することができる。

図８は本発明の第３の実施形態におけるレンズ鏡胴の主要部斜視図である。第３の実施形態では第１玉枠１１、第２玉枠２１を独立に駆動する駆動手段として、ステッピングモータを用いた例である。そのほかの機構は第１の実施例と全く同じなので、同一機能を有する機構部品には同番号を付し説明を省略する。

図８の８０、８１はステッピングモータ、８２、８３は送りネジである。第１玉枠１１と第２玉枠２１にはナットが設けられており、送りネジの回転運動により光軸Ｌ２方向（Ｙ軸方向）に移動可能になっている。このようにして、ステッピングモータ、８２、８３の回転運動を送りネジ８２、８３よって光軸Ｌ２方向（Ｙ軸方向）の直進運動に変換する。なお、ステッピングモータ８０、８１の回転をギア列で減速してから送りネジ８２、８３を駆動すると、より高精度な移動が可能になる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係るレンズ鏡胴１を備えたカメラ１００の一例を示す外観図である。図９はカメラ１００前面の斜視図である。

図９において、点線で示す１は第３の実施形態で説明するレンズ鏡胴であり、カメラ本体部１０２の内部にレンズ鏡胴１が組み込まれている状態を表している。１６１はレリーズボタン、１６２は電源スイッチである。電源スイッチ１６２に連動してカメラ１００は起動状態になる。レリーズボタン１６１はその１段の押し込みによりカメラ１００の撮影準備動作、即ち焦点合わせ動作や測光動作が行われ、その２段の押し込みにより撮影露光動作が行われる。

図１０は本発明の第４の実施形態におけるレンズ鏡胴１の図面である。図１０（ａ）はレンズ鏡胴１の外観平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の断面Ｂ−Ｂから見た断面図である。以下の説明においては、図１に示すＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて、方向および向きを示すこととする。第１の実施例とレンズ駆動機構の動作原理は全く同じなので、同一機能を有する機構部品には同番号を付し説明を省略する。

レンズ鏡胴１の内部構成を図１０（ｂ）を用いて説明する。図２（ｂ）は図１のレンズ鏡胴１のＺ方向から見た正面図である。

図１０において、１０は第１可動レンズ群、２０は第２可動レンズ群、７０は第１の固定レンズ、７１はプリズム、７２は第２の固定レンズであり、この２つの可動レンズ群と固定された光学部品により撮像光学系が形成されている。第１の固定レンズ７０から入射した光束は、プリズム７１でＹ軸負方向に折り曲げられて第１可動レンズ群１０と第２可動レンズ群２０、第２の固定レンズ７２により撮像素子８の撮像面に結像する。撮像素子８の撮像面の前には、赤外光カットフィルタまたは赤外光カットフィルタとオプティカルローパスフィルタが積層された光学フィルタ７４が配置されている。撮像素子８と撮像素子８を駆動する回路を搭載した撮像素子基板９は固定枠４に固定されている。

また、固定枠４には第１玉枠１１の初期位置を検出するための図示せぬ第１のフォトインタラプタ２１３が設けられている。第１玉枠１１が初期位置になると、第１玉枠１１の一部が第１のフォトインタラプタ２１３の光束を遮光し、信号を発生する。

また、固定枠４内面にはフォトリフレクタ（不図示）が固定され、第１玉枠の前記フォトリフレクタに対向する位置に反射板（不図示）が固定されている。反射板には、反射部と非反射部で所要のパターンが形成され、第１玉枠１１が移動すると前記パターンが前記フォトリフレクタにより読み取られ、第１玉枠の光軸Ｌ２方向の移動量もしくは位置を検出する。なお、前記パターンは一様かつ細かく形成されており処理回路にてデジタル信号を得る。また、前記パターンより高分解能である圧電素子駆動パルスの情報を併用し、第１のフォトインタラプタ２１３により検出された初期位置からの印加パルス数を積算することで、ロッド位置及び環境温度に依存することなく高精度な位置検出を行うことが可能となる。

なお、上述の実施形態では、第１玉枠１１の位置検出にフォトリフレクタを用いるが、これに限定されるものではなく、デジタル位置検出素子（例えばフォトインタラプタ）であればよい。デジタル位置検出素子と圧電素子へのパルスの積算とを併用することで、第１玉枠１１の移動量が大きく検出ストロークが広い場合でも位置検出手段の大型化が抑えられる。

また、前記パターンを反射部及び非反射部により複数の領域に分割するよう形成してもよい。この場合は、圧電素子駆動パルスを利用することで前記パターンを認識しズームポジションを設定することができる。これにより、外乱でレンズの停止位置が不安定になった際にも、暴走することなく目標位置に移動させることができ、不用意に撮影不可状態に陥らない。

本実施形態では第１の固定レンズ７０から入射しプリズム７１で折り曲げられるまでの光軸Ｌ１はＺ軸方向、プリズム７１で折り曲げられてから撮像素子８上に結像するまでの光軸Ｌ２はＹ軸方向である。プリズム７１は本発明の反射素子である。以下、第１可動レンズ群１０、第２可動レンズ群２０の移動方向については、Ｙ軸正方向を対物側、Ｙ軸負方向を像面側と呼ぶ。

なお、本発明の実施の形態では、光学装置として小型化に適した屈曲光学系を用いた撮影光学系で説明するが、本発明は屈曲光学系を用いた撮影光学系に限られるものではない。また反射素子としてプリズムを用いた例を説明するが、プリズムに限定されるものではなく蒸着ミラー等を用いても良い。

図１１は図１０（ａ）の断面Ａ−Ａから見た断面図であり、図１１を用いて第１玉枠１１の主要部を説明する。

ロッド４０は引っ張りバネ９２によりバネ付勢された押圧板２３によって、第１玉枠１１の当接部１１ａに当接するよう付勢されている。このことにより、ロッド４０は第１玉枠１１と摩擦係合されている。また、第１玉枠１１はガイド６０に保持されており、光軸Ｌ２方向に移動可能である。

第１玉枠１１には、サブガイド軸６９が第２玉枠２１側に延在して固定されており、第２摺接部移動枠２２及びレンズ移動枠２４の回転を規制する。これにより、固定枠４などで保持する構成に対してサブガイド軸を短くすることができる。

可動子２５は可動子軸２６により第１玉枠１１に取り付けられていて可動子軸２６に沿って移動可能である。第１のカムピン２５ｂはカム板６５のカム溝６６に係合している。なお、図１１ではカム板６５を設けているが、固定枠４にカム溝６６を設けても良い。また、カム溝６６は端面カムでもよく、このようにすれば固定枠４に一体的に設けやすくなる。

本実施形態では可動子軸２６は鏡胴１の外形の面に対して斜めに取り付けている。このように配置することにより、長い可動子軸２６を効率よく配置することができ、第１のカムピン２５ｂの移動量を大きくすることができる。このように第１のカムピン２５ｂの移動量が大きいので、第１のカムピン２５ｂの動きを精度良く第２玉枠２１の光軸Ｌ２方向の移動に変換できる。また、箱型形状のコーナー部に第１のカムピン２５ｂを配置させることができ、鏡胴の薄型化に寄与する。可動子軸２６を光軸Ｌ１方向に配置するとカムピン２５ｂの移動量が小さくなり、光路Ｌ１と直交方向に配置するとカムピン２５ｂが固定枠４外形面より突出してしまい薄型化の妨げとなる。

図１２は第１玉枠１１の斜視図である。図１２に示すように可動子２５は可動子軸２６を軸穴に通して第１玉枠１１の穴１１ｄ、１１ｅに取り付けられる。第１玉枠１１には図示せぬ回転止めの溝があり、可動子２５の回転止め２５ｃが回転止めの溝に沿って移動するようになっている。このことにより可動子２５が回転しないように構成されている。可動子２５は大変小型であるため、レンズ近傍にあっても内面反射による有害光の発生もなく、第１玉枠１１の一部に容易に配置することができる。

図１３はカム溝６６に代わる端面カム４ａの一例を説明する斜視図である。図１３に示すように固定枠４の一部に端面カム４ａを設ける。なお、図１３では固定枠４の端面カム４ａが設けられている部分だけを図示している。

次に第１玉枠１１の組み立ての手順と動作について説明する。第１玉枠１１に図１２で説明した手順で第１のカムピン２５ｂを取り付けた後、第１玉枠１１を固定枠４に組み込む。端面カム４ａは、図１３の矢印Ａで示すように第１のカムピン２５ｂの側面が、端面カム４ａのカム面に接することが可能な位置に配置されている。次に、第１玉枠１１と第２玉枠２１の間を図示せぬコイルバネ４５により互いに接する方向に付勢する。この付勢力により可動子２５の第１摺接部２５ａと第２玉枠２１の第２摺接部２２ａは摺接面で摺動し、可動子２５は可動子軸２６に沿ってＸ軸正方向に移動する分力を与えられる。可動子２５に与えられたＸ軸正方向の分力により、第１のカムピン２５ｂの側面は端面カム４ａに圧接する。第１玉枠１１がＹ軸方向の移動すると、第１のカムピン２５ｂは端面カム４ａと摺動し、可動子２５はカム面の形状に従ってＸ軸方向に移動する。

図１４は第２摺接部移動枠２２の斜視図である。

第２摺接部２２ａは第２摺接部移動枠２２の第１摺接部２５ａに対応する位置に配置されている。このように第２摺接部２２ａは大変小型であり、第２摺接部移動枠２２の一部に容易に配置することができる。

図１５は第２摺接部移動枠２２とレンズ移動枠２４の結合状態を説明する説明図である。

図１５のようにロッド４１の一端は圧電素子４３に接着され、圧電素子４３の他端は第２摺接部移動枠２２に固定されており、レンズ移動枠２４を不図示の引張バネ、押圧板によりロッド４１に摩擦係合される。また、第２摺接部移動枠２２にはレンズ移動枠２４の初期位置を検出するための図示せぬ第２のフォトインタラプタ２１４が設けられている。レンズ移動枠２４が初期位置になると、レンズ移動枠２４の一部が第２のフォトインタラプタ２１４の光束を遮光し信号を発生する。なお、フォトインタラプタ２１４は固定枠４より電気的に接続されており、この接続配線は、第２玉枠２１の駆動の妨げにならないよう配置されている。

上述のとおり、本実施形態では第２摺接部移動枠２２に対するレンズ移動枠２４の位置を検出しているが、上記フォトインタラプタ２１４を固定枠４に配置させてもよい。これにより、接続配線を配置するスペースを小さくでき、駆動抵抗の低減によりアクチュエータの大型化を抑えることが可能となる。更には、フォトインタラプタ２１４を設けず、レンズ移動枠２４の一部が前記フォトインタラプタ２１３の光束を遮光するよう構成し、同一の検出素子で第１玉枠及び第２玉枠の初期位置検出を兼用してもよい。これにより安価で小型な鏡胴を提供できる。

その場合は、フォトインタラプタ２１３を第１群玉枠１１の遮光部とレンズ移動枠２４の遮光部の間に配置させ、ロッド４０を駆動させフォトインタラプタ２１３の信号が発生した時点で第１玉枠１１の初期位置リセットを行うと同時に第１玉枠１１を第２玉枠遮光部がフォトインタラプタ２１３を通過する位置に移動させても干渉しない位置までテレ側に駆動させる。最後に、ロッド４１を駆動させフォトインタラプタ２１３の信号が発生した時点でレンズ移動枠２４の初期位置リセットを行う。

また上述の構成では、いずれもデジタル位置検出素子を用いているが、アナログ位置検出素子を用いた構成でもよい。具体的な構成を以下に述べる。

前記フォトインタラプタ２１４の代わりに、第２摺接部移動枠２２に固定枠４より電気的に接続されたホール素子が固定されると共に、レンズ移動枠２４の前記ホール素子に対向する位置にマグネットが固定され、ホール素子への接続配線は、第２玉枠２１の駆動の妨げにならないよう配置されている。レンズ移動枠２４の移動に伴いホール素子出力が変化し、第２摺接部移動枠２２に対するレンズ移動枠２４の位置を検出する。また、第２摺接部移動枠２２は可動子２５を介して第１玉枠１１に対する位置が一意的に決まるため、第１玉枠及び第２玉枠２１の位置を高精度に検出することができる。また、ホール素子を第２摺接部移動枠２２に配置させることで、必要検出範囲を小さくできホール素子自体の小型化により鏡胴１の小型化への寄与も高い。これに対して、固定枠にホール素子を配置させた場合は、検出ストロークが広範囲になるため、検出精度の低下と共にホール素子の大型化が避けられない。

上述の通り、第１玉枠１１の位置検出として、初期位置検出及びデジタル位置検出素子によるスケール検出を行い、初期位置から検出信号を積算することで第１玉枠１１の位置を推定すると同時に、第１玉枠１１に対するレンズ移動枠２４の位置を、可動子２５等からなる構成要素と第２摺接部移動枠２２に設けたホール素子により検出するよう構成できる。これにより、より高精度な検出が求められる第１可動レンズ群１０と第２可動レンズ群２０の間隔を、検出範囲が小さいことにより高精度かつ小型なアナログ位置検出素子によって検出できる。また同構成であれば、第１玉枠１１の移動量が大きくても検出素子が大型化することがない。

また、ズームトラッキングについて説明すると、図示せぬカメラ制御部１０７は内部のメモリ等に格納されたズームトラッキング曲線のデータを参照し、第１玉枠１１の位置に対して第２玉枠２１を移動するように制御する。その際、上述の構成によりズーム中に合焦位置を一定にすることができ、画角を変化させても常に合焦しており撮影の妨げにならない。なお本実施形態では、第１玉枠１１と第２摺接部移動枠２２の間隔を無限遠でのズームトラッキング曲線に合わせて変化するようカム溝６６の形状を設定しているが、任意の有限距離でのズームトラッキング曲線に合わせて設定してもよい。

図１５に点線と矢印で示すように、レンズ移動枠２４の当接部２４ａがロッド４１に当接させるように第２摺接部移動枠２２とレンズ移動枠２４を結合させる。ロッド４１の当接部２４ａと対向する側に図１５に点線と矢印で示すように押圧板３３を当接させる。押圧板３３の下端は第２摺接部移動枠２２の穴部に係合し、他端は図示せぬコイルバネによりロッド４１を押圧するように付勢する。

なお固定枠４への組込みは、上述の第２摺接部移動枠２２とレンズ移動枠２４が結合された状態で第１玉枠１１に固定したサブガイド軸６９及び可動子２５を係合させると共に、ガイド６０に支持された状態で結合される。

図１６は、本発明に係る撮像装置として機能するカメラ１００の回路ブロック図である。図中、今までの説明と同じ機能部材には同じ番号を付与した。

本実施の形態における制御手段であるカメラ制御部１０７は、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）、ワークメモリ等から構成され、図示せぬ記憶部に記憶されているプログラムを図示せぬワークメモリに読み出し、当該プログラムに従ってレンズ鏡胴１及びレンズ鏡胴のレンズ群を含むカメラ１００の各部を集中制御する。

また、カメラ制御部１０７は、操作部１６０に設けられたレリーズボタン１６１、電源スイッチ１６２、ズームボタン１６４、操作ボタン１６５等からの入力を受信してカメラ１００全体を制御し、図示せぬ電源部を制御することでカメラ各部に電源を供給する。

カメラ制御部１０７は、撮影に関するシーケンスを司っている。カメラ制御部１０７は、ＣＣＤ駆動部１０６を介して撮像素子８の撮像動作を制御する。なお、本実施の形態において撮像素子は、ＣＣＤに代えて、ＣＭＯＳセンサ、ＣＩＤセンサ等の固体撮像素子であってもよい。撮像素子８にて取得されたアナログ信号の画像はＡ／Ｄ変換部１２１にてノイズ除去の処理後デジタル信号に変換され、画像処理部１２２に画像のデジタル信号を順次出力する。

画像処理部１２２はガンマ補正、輪郭補正、画像圧縮などの画像処理機能を有する。これらの画像処理もカメラ制御部１０７の指令により行われる。カメラ制御部１０７は撮像素子８の画像出力を画像処理を行って画像メモリ１２３に一旦記録し、画像表示部１２５に表示する。レリーズボタン１６１をＯＮにすると、撮像素子８の画像出力を画像処理を行った後、画像メモリ１２３に一旦記録し、最終的にはメモリカード２５に記録する。

次にレンズ鏡胴１の制御について説明する。

第１の駆動電圧発生部２１１、第２の駆動電圧発生部２１２はカメラ制御部１０７からの制御信号により、図６で説明した鋸刃形の波形で表される変動電圧を発生する。電源スイッチ１６２をＯＮにすると、カメラ制御部１０７は第１玉枠１１と第２玉枠２１を初期位置に戻るようにＹ軸負方向に駆動する制御信号を第１の駆動電圧発生部２１１と第２の駆動電圧発生部２１２に与える。

第１の駆動電圧発生部２１１から変動電圧を与えられた圧電素子４２はロッド４０を駆動し、第１玉枠１１をＹ軸負方向に移動する。カメラ制御部１０７は第１のフォトインタラプタ２１３の検知信号を受信すると、第１の駆動電圧発生部２１１の信号発生を停止させる。第２の駆動電圧発生部２１２についても同様である。

次に、カメラ制御部１０７は鋸刃形の信号を発生された数をカウントしながら、目標の位置に第１玉枠１１を移動させる。第２玉枠２１はコイルバネ４５により第１玉枠と結合しているので第１玉枠１１とともに移動し、可動子２５の移動に応じて第１玉枠１１との間隔が変化する。

撮影時において、カメラ制御部１０７は撮像素子８の画像出力から得られるピント情報と露出情報に基いて、第２の駆動電圧発生部２１２を介して圧電素子４２を制御し、レンズ移動枠２４を所定の位置に移動する。また、カメラ制御部１０７は撮像素子８のシャッタスピードを制御する。

カメラ制御部１０７は、撮像素子８によって撮像された画像のライブビューを、ディスプレイボタン１２７の設定に従って、画像表示部１２７に表示し、画像メモリ１２３に記録された画像をアフタービューとして画像表示部１２７に表示し、メモリカード２５に記録された画像を再生画像として画像表示部１２７に表示する。

以上このように、本発明によれば、一つのレンズ群の移動に伴って他のレンズ群を移動させることのできる、小型、軽量のレンズ鏡胴、及び小型、軽量の撮像装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態におけるレンズ鏡胴の主要部斜視図である。 本発明の第１の実施形態におけるレンズ鏡胴の主要部平面図である。 第１の実施形態におけるズーミング時の第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０の動きを説明する説明図である。 第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０のズーム曲線の図である。 第２の実施形態におけるズーミング時の第１可動レンズ群１０および第２可動レンズ群２０の動きを説明する説明図である。 圧電素子を駆動する電圧波形のグラフである。 ロッドの移動速度のグラフである。 本発明の第３の実施形態におけるレンズ鏡胴の主要部平面図である。 本発明に係るレンズ鏡胴１を備えたカメラ１００の一例を示す外観図である。 本発明の第４の実施形態におけるレンズ鏡胴１の図面である。 図１０（ａ）の断面Ａ−Ａから見た断面図である。 第１玉枠１１の斜視図である。 端面カム４ａの一例を説明する斜視図である。 第２摺接部移動枠２２の斜視図である。 第２摺接部移動枠２２とレンズ移動枠２４の結合状態を説明する説明図である。 本発明に係る撮像装置として機能するカメラ１００の回路ブロック図である。

符号の説明

１ レンズ鏡胴
４ 固定枠
８ 撮像素子
９ 撮像素子基板
１０ 第１可動レンズ群
１１ 第１玉枠
２０ 第２可動レンズ群
２１ 第２玉枠
２２ 第２摺接部移動枠
２２ａ 第２摺接部
２４ レンズ移動枠
２５ 可動子
２５ａ 第１摺接部
２５ｂ 第１のカムピン
２６ 可動子軸
１１ａ、２４ａ 当接部
２３、３３ 押圧板
４０、４１ ロッド
４２、４３ 圧電素子
４５ コイルバネ
８０、８１ ステッピングモータ
８２、８３ 送りネジ
６０ ガイド
６５ カム板
６６ カム溝
７０ 第１の固定レンズ
７１ プリズム
７２ 第２の固定レンズ
Ｌ１、Ｌ２ 光軸

Claims (13)

1. 光軸方向に移動可能に保持された少なくとも１以上のレンズを保持する第１の玉枠と、光軸方向に移動可能に保持された少なくとも１以上のレンズを保持する第２の玉枠とを含む撮像光学系を有するレンズ鏡胴において、
   前記第１の玉枠は、該第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い光軸と直交する方向に移動するとともに、前記第２の玉枠とカム結合する可動子を備え、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、前記第２の玉枠を移動する構造となっていることを特徴とするレンズ鏡胴。
2. 前記可動子は第１のカムピンを有し、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、該第１のカムピンが摺動することによって前記可動子が光軸と直交する方向に移動するカム溝が前記レンズ鏡胴に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡胴。
3. 前記可動子は第１のカムピンを有し、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、該第１のカムピンが摺動することによって前記可動子が光軸と直交する方向に移動する端面カムが前記レンズ鏡胴に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡胴。
4. 前記第１の玉枠と前記第２の玉枠は、両者を接近する方向に付勢する付勢手段で連結されるとともに、
   前記第２の玉枠は、前記第１の玉枠に対向する側に、光軸に対して傾斜した面を有する第２摺接部を備え、
   前記可動子は前記第２摺接部と摺接する面を備えた第１摺接部を有し、
   前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、前記第２摺接部が前記第１摺接部の摺接面で摺動し前記第２の玉枠を移動する構造となっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。
5. 前記可動子と前記第２の玉枠の何れか一方は第２のカムピンを有し、他方はカム溝を有し、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、該第２のカムピンが前記カム溝を摺動することによって前記第２の玉枠が光軸方向に移動することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。
6. 前記可動子と前記第２の玉枠の何れか一方は第２のカムピンを有し、他方は端面カムを有し、前記第１の玉枠の光軸方向の移動に伴い、該第２のカムピンが前記端面カムを摺動することによって前記第２の玉枠が光軸方向に移動することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。
7. 前記レンズ鏡胴は箱形形状であり、前記レンズ鏡胴の面に対して前記可動子の移動方向が斜めになるように配置したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。
8. 前記第１の玉枠を光軸方向に駆動するための駆動力発生部と、該駆動力発生部からの駆動力を前記第１の玉枠に摩擦力を介して伝達する駆動力伝達部とを含む摩擦駆動タイプの駆動手段を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。
9. 前記駆動手段はリニアアクチュエータであることを特徴とする請求項８に記載のレンズ鏡胴。
10. 前記第１の玉枠を光軸方向に駆動するステッピングモータを有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。
11. 前記第２の玉枠は前記第２摺接部を設けた第２摺接部移動枠と、前記レンズ群を保持するレンズ移動枠により構成され、前記レンズ移動枠を前記第２摺接部移動枠に対して移動させる駆動手段を前記第２摺接部移動枠に設けたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。
12. 前記撮像光学系は、撮像光学系の光軸が反射素子によって折り曲げられる反射光学系を有することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載のレンズ鏡胴。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載のレンズ鏡胴を有する撮像装置。

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