JP2008102420A - 焦点距離可変装置及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる焦点距離可変装置を提供する。
【解決手段】焦点距離可変装置は、撮像素子１３を搭載する第五レンズ群Ｌ５と、第五レンズ群Ｌ５と隣接する第四レンズ群Ｌ４と、第五レンズ群Ｌ５と第四レンズ群Ｌ４との間隔を変更するステッピングモータ２２とを備える。また、第五レンズ群Ｌ５と第四レンズ群Ｌ４とステッピングモータ２２とを一体に光軸方向に移動させるモータ１０を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ズームレンズ等の焦点距離を可変する焦点距離可変装置、及びその焦点距離可変装置を搭載するカメラに関する。

従来のズームレンズ機構は、複数のレンズユニットをそれぞれ異なるカム溝により移動させたり、複数のモータを用いることにより焦点距離を変化させていた。

また、従来公知の焦点距離可変装置及びカメラでは、次のような技術が提案されている。

特許文献１には、レンズ群の変倍操作に応じて移動する被写体象の結像位置に追従するように、像面位置補正動作を行う撮像素子の移動手段を備えた変倍撮影装置が提案されている。

また、特許文献２に提案された機構は、第一のレンズユニットと、最も後方の第二のレンズユニットと、第二のレンズユニットを第一のレンズユニットに対して移動させるモータとを有する。さらに、第一、第二のレンズユニット及びモータを一体に光軸方向に移動させる移動手段を有し、第二のレンズユニットを第一のレンズユニットに対して変位させることにより焦点距離を変化させる。この機構によれば、レンズユニットに搭載されたレンズユニットを移動させるモータを配置することにより、複数のレンズユニットにそれぞれ異なるカム溝を設けたり、複数のモータを用いたりする必要がなくなり、構造の大型化に対する改善が可能となった。
特開平６−２８４３２２号公報 特許第０２８５６５５７号

しかしながら、レンズユニットにモータを配置するという構成は、撮像素子に続く光路を遮らないように、モータや減速機構などの、構成部品を配置しなければならないという制約があった。また、有効光路近くにモータを配置した場合、モータにより有害光線の反射を誘発することがあった。さらに、有効光路から十分にモータを離すように配置した場合は、モータを配置するために鏡筒が大型化するという問題があった。

本発明の目的は、小型化を図ることができる焦点距離可変装置及びカメラを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の焦点距離可変装置は、変倍動作に伴って撮像素子及び複数の光学要素を移動させる焦点距離可変装置において、前記撮像素子を搭載する撮像素子搭載レンズ群と、前記撮像素子搭載レンズ群と隣接する隣接レンズ群と、前記撮像素子搭載レンズ群と前記隣接レンズ群との間隔を変更する駆動源と、前記撮像素子搭載レンズ群と前記隣接レンズ群と前記駆動源とを一体に光軸方向に移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。

請求項３記載のカメラは、請求項１記載の焦点距離可変装置を搭載する。

請求項４記載の焦点距離可変装置は、変倍動作に伴って撮像素子及び複数の光学要素を移動させる焦点距離可変装置において、前記撮像素子を備えた撮像素子群と、前記撮像素子群と隣接するレンズ群と、前記撮像素子群と前記レンズ群の間隔を変更する駆動源と、前記撮像素子群と前記レンズ群と前記駆動源を一体に光軸方向に移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。

本発明の焦点距離可変装置は、撮像素子を搭載する撮像素子搭載レンズ群と、撮像素子搭載レンズ群と隣接する隣接レンズ群と、撮像素子搭載レンズ群と隣接レンズ群との間隔を変更する駆動源とを備える。また、撮像素子搭載レンズ群と隣接レンズ群と駆動源とを一体に光軸方向に移動させる移動手段を備える。

この構成により、小型化を図ることができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明は、例えば、屈曲光学系に代表される被写界からの入射光軸方向に薄型である光学系を備えたデジタルカメラに適用される。

図１は、本発明の実施の形態に係るデジタルカメラの鏡筒の概略構成図である。（ａ）は撮像光学系の構成を説明する図であり、（ｂ）は撮像光学系の各群の移動手段を説明する図である。

図１（ａ）には、光軸Ｏａ方向に移動する第一レンズ群Ｌ１、撮影光の光路を略９０°折り曲げるプリズム光学系１１を含む光学系を有する固定の第二レンズ群Ｌ２、光軸Ｏｂ上を移動する第三レンズ群Ｌ３、第四レンズ群Ｌ４が示される。

図１（ａ）には、また、撮像素子１３と該撮像素子１３と一体となり光軸Ｏｂ上を移動するレンズ１２を含む第五レンズ群Ｌ５、第一レンズ群Ｌ１と、第三レンズ群Ｌ３と、第五レンズ群Ｌ５を移動させるモータ１０が示される。

図１（ｂ）には、モータ１０により回転させられる主ギア１００が示される。主ギア１００に連動して、公知のカム筒（沈胴鏡筒）１０１、及び直進案内筒（図示せず）との作用により第一レンズ群Ｌ１が光軸Ｏａ方向に前後駆動する。また同時に、主ギア１００は、連動ギア１０２を介して三群駆動ギア１０３と五群駆動ギア１０５を回転させる。

三群駆動ギア１０３と五群駆動ギア１０５には、光学設計上予め規定された位置に第三レンズ群Ｌ３及び第五レンズ群Ｌ５を駆動するためのカム溝１０３ｃと１０５ｃが設けられており、第三レンズ群Ｌ３と第五レンズ群Ｌ５の光軸Ｏｂ方向の位置を規定している。

また、三群駆動ギア１０３と五群駆動ギア１０５のカム溝１０３ｃ、１０５ｃには、それぞれ第三レンズ群Ｌ３と第五レンズ群Ｌ５に設けられたカムピン１０３ｐ、１０５ｐが摺動可能に嵌合している。

また、第三レンズ群Ｌ３と第五レンズ群Ｌ５のカムピン１０３ｐ、１０５ｐは、光軸Ｏｂ方向のみ直進移動が可能となるように図中の点線で示した切り欠き溝１０６が配設された直進ガイド（不図示）に対しても摺動可能となるように成されている。

第四レンズ群Ｌ４は、第五レンズ群Ｌ５と一体となって移動させられる。第四レンズ群Ｌ４は、後述する駆動源により、第五レンズ群Ｌ５に対して光軸Ｏｂ方向に前後駆動する。

図２は、図１における撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段の第１の実施の形態の構成図である。

図２（ａ）は、光軸Ｏａ方向から見た図であり、撮影光軸Ｏｂを含む平面で切った要部断面図である。説明のため、本来、断面で切断した場合に図示されないモータなどの構成部品を図示してある。（ｂ）は、光軸Ｏｂ方向から見た背面図であり、撮像素子の後方に位置する減速機構を説明する図である。

図２において、第三レンズ群Ｌ３を保持する第三レンズ枠２３、第四レンズ群Ｌ４を保持する第四レンズ枠２４、第五レンズ群Ｌ５を保持する第五レンズ枠２５が示される。また、第五レンズ群Ｌ５は、最も後方のレンズ１２と、ローパスフィルタ１４と、撮像素子１３からなり、第五レンズ枠２５により支持される。

第三レンズ枠２３と第五レンズ枠２５は、カム溝及び直進ガイドによりその位置が規制されている。従って、三群駆動ギア１０３と五群駆動ギア１０５の回転によるカム溝の光軸Ｏｂ方向の変位量分だけ、第三レンズ枠２３と第五レンズ枠２５の変倍動作を行わせることができる。

ここでは、駆動ギアに設けられたカム溝と直進ガイドを用いて、複数のレンズ枠を移動させたが、本発明の移動手段はこれに限定されるものではなく、他の機構により複数のレンズ枠を移動させても本発明の意図に反するものでないことは言うまでもない。

第五レンズ枠２５は、その内部に光軸Ｏｂと平行に固着された２本のガイドバー２８を有しており、一方のガイドバー２８は、第四レンズ枠２４の嵌合穴に摺動可能に保持される。また、他方のガイドバー２８は、第四レンズ枠２４の切り欠き溝に係合して、第四レンズ枠２４は光軸Ｏｂ前後方向の動きのみが可能となるように構成されている。

また、図２は、ステッピングモータ２２、送りネジ２９、送りナット３０が示される。ステッピングモータ２２は、光軸Ｏｂと直交する方向の投影面で撮像素子１３と重なって（並んで）配置される。ステッピングモータ２２は、第五レンズ枠２５に固定されており、第五レンズ枠２５と一体で光軸Ｏｂ方向に移動されるように構成されている。

送りネジ２９は、第五レンズ群２５に回転可能に保持されている。送りナット３０は、第四レンズ枠２４に保持され、さらに、送りネジ２９に螺合している。

ステッピングモータ２２が駆動を始めると、その出力がピニオンギア２６１に伝達される。ピニオンギア２６１が回転を始めると、順次、撮像素子１３の背面に配設された減速ギア列（減速機構）２６が回転し、その出力が伝達されてギア２６５が回転を始める。

ギア２６５は、送りネジ２９と一体に構成されており、ギア２６５の回転により、送りネジ２９も回転させられる。送りネジ２９が回転することにより、送りネジ２９に螺合する送りナット３０が光軸Ｏｂ方向に駆動され、その結果、第四レンズ枠２４は第五レンズ枠２５に対して光軸Ｏｂ方向に移動し、変倍動作が行われる。

減速ギア列２６は、ピニオンギア２６１、送りネジと一体のギア２６２、ギア２６３、２６４、２６５から構成される。

また、本実施の形態においては、像面位置補正動作、即ち、ＡＦ（オートフォーカス）は、第四レンズ枠２４により行われるので、第四レンズ枠２４は前述の変倍動作に加えて、像面位置補正動作のレンズ位置制御も行う。しかしながら、駆動原理は前述の場合と同様であるので、その説明は省略する。

また、以上の説明には述べなかったが、ガイドバー２８の外周部に図示しない圧縮バネを備える。圧縮バネは、第四レンズ枠２４を光軸Ｏｂ方向に付勢し、第四レンズ枠２４はガタ分だけ光軸方向に片寄せされている。

また、本実施の形態においては、撮像素子１３の放熱板（撮像素子固定板としても使用）を、ステッピングモータ２２の地板と兼用した金属板２７で構成している。また、金属板２７には、減速ギア列２６を配置するギア軸が一体で設けられている。

撮像素子１３の放熱板とステッピングモータ２２の地板を、１枚の金属板２７で構成し、さらに減速ギア列２６を配置したことにより、撮像素子１３とステッピングモータ２２を、部品点数を減らし、省スペースに配置することが可能となった。

また、本実施の形態の撮像光学系においては、第五レンズ群Ｌ５は、最も後方のレンズ１２と、ローパスフィルタ１４と、撮像素子１３からなり、第五レンズ枠２５によりレンズ１２とローパスフィルタ１４と撮像素子１３が一体となり支持されている。

このように、最も後方のレンズ１２で、撮像素子１３の撮像面が封止される構造となっているので、結像する撮像面上へのゴミの付着が防止でき、ゴミ写りなどの影響を受けにくくなっている。

図３は、図１における撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段の第２の実施の形態の構成図である。（ａ）、（ｂ）は、図２に対応している。

第１の実施の形態では、ステッピングモータ２２は、光軸Ｏｂと直交する方向の投影面で撮像素子１３と重なって（並んで）配置させる構造としたが、第２の実施の形態では、薄型の扁平モータ３２を撮像素子１３の背面に配置する。

扁平モータ３２は、撮像素子１３の光軸Ｏｂ方向の投影面に重なるように配置される。扁平モータ３２を上述のように配置することで、鏡筒が、光軸Ｏａ、Ｏｂと直交する軸Ｏｃ方向に大きくなることを防ぎ、かつ、光軸Ｏｂ方向にも大きくなるのを防いでいる。

扁平モータ３２は、第五レンズ枠２５に固定されており、第五レンズ枠２５と一体で光軸Ｏｂ方向に移動されるように構成されている。

扁平モータ３２が駆動を始めると、送りネジ２９にその出力が伝達されて回転を始める。この回転により、送りナット３０が光軸Ｏｂ方向に駆動させられ、第四レンズ枠２４の光軸Ｏｂ方向移動、即ち、変倍・像面位置補正動作が行われる。

また、撮像素子１３の放熱板（撮像素子固定板としても使用）を、扁平モータ３２の地板と兼用した金属板２７で構成したことにより、撮像素子１３と扁平モータ３２を、部品点数を減らし、省スペースに配置することが可能となった。

図４は、図１における撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段の第３の実施の形態の構成図である。また、図５は、図４の第３の実施の形態の第１の変形例を示す図、図６は、図４の第３の実施の形態の第２の変形例を示す図である。いずれも（ａ）、（ｂ）は、図２に対応している。

第１の実施の形態１では、ステッピングモータ２２は、光軸Ｏｂと直交する方向の投影面で撮像素子と重なって（並んで）配置させる構造とした。第３の実施の形態では、ステッピングモータ２２を撮像素子１３背面に配置し、ステッピングモータ２２の駆動力方向を略９０度変換する伝達機構を有する。

ステッピングモータ２２は、撮像素子１３の光軸Ｏｂ方向の投影面に重なるように配置される。例えば、駆動力を略９０度変換する伝達機構として、ねじ歯車（ギア２６１、２６２）（図４）や、かさ歯車（ギア２６１、２６２）（図５）、ウォーム歯車（ウォームギア２６０）（図６）を用いたものなどがある。いずれの伝達機構を用いても同様の効果を得られる。

ウォーム歯車などの減速比の大きい歯車を用いることは、敏感度の高い撮像光学系の駆動を行う際に有効である。また、伝駆動力を略９０度変換する機構としては、上記のものに限定されることなく、同様の効果を得るために他の機構を構成してもよいことは言うまでもない。

ここでは、図５や図６に示した、かさ歯車やウォーム歯車に関する説明は省略し、代表例として、ねじ歯車を用いたものに関して説明する。

図４に示すように、第五レンズ枠２５は、その内部に光軸Ｏｂと平行に固着された２本のガイドバー２８を有しており、一方のガイドバー２８は、第四レンズ枠２４の嵌合穴に摺動可能に保持される。他方のガイドバー２８は、第四レンズ枠２４の切り欠き溝に係合して、第四レンズ枠２４は光軸Ｏｂ前後方向の動きのみが可能となるように構成されている。

送りネジ２９は、第五レンズ群２５に回転可能に保持されており、ピニオンギア２６１と一体に構成されている。送りナット３０は、第四レンズ枠２４に保持され、さらに、送りネジ２９に螺合している。ステッピングモータ２２は、長手方向が撮像素子１３背面に沿うように配置される。

ステッピングモータ２２は、第五レンズ枠２５に固定されており、第五レンズ枠２５と一体で光軸Ｏｂ方向に移動されるように構成されている。

ステッピングモータ２２が駆動を始めると、その出力がピニオンギア２６１に伝達される。ピニオンギア２６１が回転を始めると、略９０度配置されるギア２６２が回転する。送りネジ２９もギア２６２と一体で構成されているので回転を始める。この回転により、送りネジ２９に螺合する送りナット３０が光軸Ｏｂ方向に駆動され、その結果、第四レンズ枠２４の光軸Ｏｂ方向移動、即ち、変倍動作が行われる。

また、本実施の形態においては、撮像素子１３の放熱板（撮像素子固定板としても使用）を、ステッピングモータ２２の地板と兼用した金属板２７で構成している。また、金属板２７は、ステッピングモータ２２を保持する部分をＬ字型のアングル状に構成している。

撮像素子１３の放熱板とステッピングモータ２２の地板を、１枚の金属板２７で構成したことにより、撮像素子１３とステッピングモータ２２を、部品点数を減らし、省スペースに配置することが可能となった。

ここでは、ステッピングモータ２２と、送りネジ２９と、送りナット３０を用いて第四レンズ枠２４を移動させたが、移動機構はこれに限定されるものではなく、他の機構によりレンズ枠を移動させても本発明の意図に反するものでないことは言うまでもない。

図７は、図１における撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段の第４の実施の形態の構成図である。本図は、光軸Ｏｂを含む平面で切った要部断面図である。

第１の実施の形態は、撮像素子１３を保持する第五レンズ枠２５にステッピングモータ２２が固定されており、第五レンズ枠２５に対して第四レンズ枠２４が移動させられる構造である。第４の実施の形態では、ステッピングモータ２２を第四レンズ枠２４に固定し、第四レンズ枠２４に対して第五レンズ枠２５が移動させられる構造とする。

図７に示すように、ステッピングモータ２２は、第四レンズ枠２４に固定されており、第四レンズ枠２４と一体で光軸Ｏｂ方向に移動されるように構成されている。

ステッピングモータ２２が駆動を始めると、送りネジ２９にその出力が伝達されて、送りネジ２９が回転を始める。この回転により、送りナット３０が光軸Ｏｂ方向に駆動させられ、第五レンズ枠２５の光軸Ｏｂ方向移動、即ち、撮像素子１３を含む群で、変倍・像面位置補正動作が行われる。

第四レンズ枠２４の背面側には開口部が設けられており、第五レンズ枠２５の一部が入り込むようになっている。ここで、第四レンズ枠２４が前進動作したとすると、第四レンズ枠２４の後方に空間ができる。次に、第五レンズ枠２５が後方動作し、第四レンズ枠２４の開口部に入り込むと同時に、第四レンズ枠２４の後方の空間に入り込む。

このように、第四レンズ枠２４に開口部が備えられていることで、第五レンズ枠２５が前述の空間に入り込むことが可能となり、鏡筒内スペースが有効に使えるようになった。また、第四レンズ群Ｌ４と第五レンズ枠Ｌ５を最も近づけた際には、両者を省スペースを図りつつ収納することが可能となり、小型化が達成できる構造となる。

ここでは、ステッピングモータ２２と、送りネジ２９と、送りナット３０を用いて第五レンズ枠２５を移動させたが、移動機構はこれに限定されるものではなく、他の機構によりレンズ枠を移動させても本発明の意図に反するものでないことは言うまでもない。

また、以上の実施例においては、撮像素子１３とレンズ１２とが一体で動く光学系で説明を行った。この点、撮像素子１３がレンズ１２とは別に、単独で動く場合であっても上記実施例は適用できる。この場合、撮像素子１３がレンズ１２に対して可動なユニットとして構成され、このユニットが光軸方向に移動可能になる。そして、撮像素子１３がレンズ１２に対して可動になうりょう、撮像素子１３がレンズ１２との間隔を変える駆動源を設けることにより適用可能となる。

本発明の実施の形態に係るデジタルカメラの鏡筒の概略構成図である。 図１における撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段の第１の実施の形態の構成図である。 図１における撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段の第２の実施の形態の構成図である。 図１における撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段の第３の実施の形態の構成図である。 図４の第３の実施の形態の第１の変形例を示す図である。 図４の第３の実施の形態の第２の変形例を示す図である。 図１における撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段の第４の実施の形態の構成図である。

符号の説明

Ｌ１ 第一レンズ群
Ｌ２ 第二レンズ群
Ｌ３ 第三レンズ群
Ｌ４ 第四レンズ群（隣接レンズ群）
Ｌ５ 第五レンズ群（撮像素子搭載レンズ群）
Ｏａ、Ｏｂ 光軸
Ｏｃ 光軸ＯａとＯｂに直交する方向
１０ モータ（移動手段）
１１ プリズム
１２ 最も後方のレンズ
１３ 撮像素子
１４ ローパスフィルタ
１００ 主ギア
１０１ カム筒（沈胴鏡筒）
１０２ 連動ギア
１０３ 三群駆動ギア
１０３ｃ、１０５ｃ カム溝
１０３ｐ、１０５ｐ カムピン
１０５ 五群駆動ギア
１０６ 直進ガイドの切り欠き溝
２２ ステッピングモータ（駆動源）
２３ 第三レンズ枠
２４ 第四レンズ枠
２５ 第五レンズ枠
２６ 減速ギア列（減速機構）
２７ 金属板
２８ ガイドバー
２９ 送りネジ
３０ 送りナット
２６０ ウォームギア
２６１ ピニオンギア
２６２ 送りネジと一体のギア
２６３、２６４、２６５ ギア

Claims (13)

1. 変倍動作に伴って撮像素子及び複数の光学要素を移動させる焦点距離可変装置において、
   前記撮像素子を搭載する撮像素子搭載レンズ群と、
   前記撮像素子搭載レンズ群と隣接する隣接レンズ群と、
   前記撮像素子搭載レンズ群と前記隣接レンズ群との間隔を変更する駆動源と、
   前記撮像素子搭載レンズ群と前記隣接レンズ群と前記駆動源とを一体に光軸方向に移動させる移動手段と、
   を備えることを特徴とする焦点距離可変装置。
2. 前記駆動源を前記撮像素子搭載レンズ群に搭載することを特徴とする請求項１記載の焦点距離可変装置。
3. 請求項１記載の焦点距離可変装置を搭載するカメラ。
4. 変倍動作に伴って撮像素子及び複数の光学要素を移動させる焦点距離可変装置において、
   前記撮像素子を備えた撮像素子群と、
   前記撮像素子群と隣接するレンズ群と、
   前記撮像素子群と前記レンズ群との間隔を変更する駆動源と、
   前記撮像素子群と前記レンズ群と前記駆動源を一体に光軸方向に移動させる移動手段と、
   を備えることを特徴とする焦点距離可変装置。
5. 前記移動手段は、少なくとも最も被写体側に位置する第一のレンズ群と、前記撮像素子群とを同一の駆動源で移動させることを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。
6. 前記撮像素子の最も光軸物体側に位置すると共に、少なくとも負または正のパワーを有するレンズが、前記撮像素子と一体に移動することを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。
7. 前記撮像素子と前記駆動源は、光軸方向に投影した状態において、少なくともその一部が重なって配置されることを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。
8. 前記撮像素子の後方に、少なくとも前記駆動源と前記駆動源の駆動力を伝達する伝達機構のいずれか一方が配置されることを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。
9. 前記駆動源は、その出力軸が光軸と直行する方向に配置され、更に光軸方向に投影した状態において、前記駆動源と前記撮像素子は、その一部が重なって配置されることを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。
10. 前記駆動源の駆動力方向を略９０度変換する伝達機構を有することを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。
11. 前記撮像素子と前記駆動源が固定される金属板を有することを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。
12. 前記撮像素子と前記駆動源が、前記金属板の両面から固定されることを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。
13. 前記撮像光学系は、光路偏向素子を有することを特徴とする請求項４記載の焦点距離可変装置。

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