JP2009086433A - 小型ズームレンズ鏡筒ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】カメラ本体の小型化と搭載するズームレンズの高倍率化が求められるなかで撮影レンズ鏡筒構造の簡略化による小型化及びユニット化で組立効率の向上及びコスト低減を果たす。
【解決手段】両端に設置する固定レンズ群の間にズーム用レンズ群６と焦点調整用レンズ群７の複数の移動レンズ群を配設した内焦式ズームレンズの鏡筒で、撮影倍率の可変と被写体距離調整の複数の移動レンズ群の移動手段に圧電型リニアアクチュエータ２０，２１，３０，３１を用いたもので、先端部が1個の固定レンズ群を保持し、後端部が開口している外筒に対して、内設する圧電型リニアアクチュエータ及び複数の移動レンズ群を含む移動機構を予備組立した状態で外筒後端開口部から挿入し、その開口部に対して他の固定レンズ群を保持する鏡枠によってバヨネット式の螺合操作で封着して一体化させる鏡筒のユニット化を図った。
【選択図】図３

Description

コンパクトデジタルカメラ、及び携帯電話に搭載するカメラの小型ズームレンズ鏡筒に関し、特に本体実装を容易にした小型ズームレンズ鏡筒ユニットに関する。

コンパクトデジタルカメラや携帯電話に搭載するカメラはますます小型化される傾向にあるなかで、相当の占有容積を必要とする高倍率のズームレンズの要求も同時に高くなってきている。

この要求に応え得るズームレンズとしては光軸上に複数のレンズ群を配設して成るレンズ構成の中で、対物側と焦点側に固定レンズ群を配置し、この中間にズーム用と焦点調整用のそれぞれのレンズ群を光軸に沿って移動可能に配置して得られる内焦式ズームレンズが一般的となっている。

移動レンズ群のうち、ズーム用レンズ群は光軸に沿って移動させることによって被写体の撮影倍率が可変できるもので、他方の焦点調整用レンズ群はズーム用レンズ群よって連続に得られる被写体画像のテレからワイドまでの位置で焦点距離を調整して最良像点を求めるもので、光軸に沿って移動させることによって得られるようになっている。

一般の比較的大きいレンズ鏡筒ではこの移動レンズ群の移動手段として回転モータを用いたものが多く、この回転で鏡筒のヘリコイドを駆動し、直線移動に変換する方式が採られていて大がかりな装置となっていたし、小型のレンズ鏡筒では移動レンズ群のうちの1つをリードスクリューなどの直動手段を用い、光軸に沿って直線的に移動させる方法が提案されているがいずれも動力源に回転モータを用いたものであって、このモータの減速手段としてギヤーボックスを用いるなど簡便性と小型化には限界があった。

これら問題点の解決手段として圧電型リニアアクチュエータが注目されていて、その1つの動作原理は特許文献１によって開示されている。すなわち図６
に示す円盤状の金属弾性板１０ａに分極された圧電基板１０ｂを貼り合わせて一体化したものを圧電素子１０とし、圧電基板１０ｂの電極Ａ，Ｂに印加する信号の極性によって膨張と収縮の現象が生じ、金属弾性板１０ａと圧電基板１０ｂの間に歪みが生じる。このため圧電基板１０ｂの電極Ａ、Ｂ間に交番信号を加えれば円盤状圧電素子１０の中心が微少ながら凹凸に変形する歪み動作を繰り返すことになる。すなわちＡ電極に＋、Ｂ電極に−の電圧を加えれば圧電基盤１０ｂが収縮し金属弾性板１０ａがＺ１のように凸状に反り上がり、Ａ電極に−、Ｂ電極に＋の電圧を加えれば圧電基盤１０ｂが膨張し金属弾性板１０ａがＺ２のように凹状に変化するため円盤の中心に振動軸１１を直立状に固着すれば印加する交番信号に合わせて振動軸１１が上下に微小変位Δｘ１とΔｘ２を伴った振動が得られることになる。

図７に示すようにこの振動軸１１に対して摺動可能であって圧接状態で充分な摩擦を有した移動体１２を嵌入させ、移動体１２の持つ慣性と振動軸１１との摩擦の関係を適宜に設定された状態で圧電素子１０の電極Ａ，Ｂに鋸歯状波のパルス信号を与えれば振動軸１１が緩慢な加速度と急峻な加速度で上下に振られることになる。これに応じて嵌入している移動体１２も振られるが、緩慢な加速度のときは摩擦力によって軸と一緒に変位Δｘ１或いはΔｘ２だけ移動し、急峻な加速度の時は移動体１２の慣性力で振動軸１１の移動に応動出来ずに摺動し、現状位置を保つことになるため、これの振動周期をｎ回繰り返せば移動体がｎΔｘ１又はｎΔｘ２の距離だけ振動軸１１に沿って一方向に移動させることが出来ると言うのが圧電型リニアアクチュエータの動作原理である。

圧電素子１０に印加する信号において振動軸１１が上方移動する加速度を緩慢にし、下方向の移動を急峻にすれば移動体１２は上方向に移動し、これとは反対の信号を印加すれば移動体１２は下方向に移動させることが可能となることから、この原理によって駆動可能な圧電型リニアアクチュエータを前記移動レンズ群のズーム用レンズ群と焦点調整用レンズ群の移動手段として応用した鏡筒を提供しようとするものである。
特表２００７−５１６６８８号公報

カメラ本体の小型化と搭載するズームレンズの高倍率化が求められるなかで
撮影レンズ鏡筒構造の簡略化によって小型化と組立効率の向上及びコスト低減を果たしていくことが求められている。

両端に設置する固定レンズ群の間にズーム用レンズ群と焦点調整用レンズ群の複数の移動レンズ群を配設した内焦式ズームレンズの鏡筒で、この複数の移動レンズ群の移動手段に圧電型リニアアクチュエータを応用し、撮影倍率の可変と被写体距離の調整のために、それぞれの圧電型リニアアクチュエータによって移動可能にするもので、構成は前端部に圧電型リニアアクチュエータの振動軸先端の軸支穴と固定レンズ群を保持した外筒に対して、開口後部から内設する圧電型リニアアクチュエータ及び各移動レンズ群を含む移動機構を予備組立した状態で挿入し、他の固定レンズ群を保持する鏡枠によって、外筒後部の開口部をバヨネット式の螺合操作で封着させる方法で鏡筒のユニット化を図った。

機構が単純化され、部品点数の減少によるコストダウンと鏡筒全体の小型化の実現とカメラに対しては鏡筒ユニットとして本体組み込みが可能となるため、カメラ内のスペース効率が高くなることと、カメラの組み立てが単純化され作業効率が向上する。

本発明の実施例について以下図面を参照しながら説明をする。図１は鏡筒ユニットの完成外観図で、図２は移動レンズ群移動機構の主要部品サブ組の分解図、図３は鏡筒ユニット内部の構成を示す図で、図4は外筒に主要部品サブ組挿入後、後端部に固定レンズ群の鏡枠で封着する状態説明図、図5は外筒後端部における固定レンズ鏡枠のバヨネット式螺合による封着の説明図で、図６は圧電型リニアアクチュエーターの圧電素子における振動原理説明図、図７は圧電型リニアアクチュエーター本体図である。

本発明のズームレンズ鏡筒ユニットの外観は図1に示すように外筒1があり、この先端部に対物側の第１固定レンズ群２を保持し、これに並んで軸受け穴１ａに第1圧電型リニアアクチュエーターIの振動軸２１の先端と、軸受け穴１ｂに第２圧電型リニアアクチュエーターIIの振動軸３１の先端を支持している。この外筒側面には内部の移動レンズ群の移動量を計測するためのセンサー類（図示せず）が搭載された側板3があり、外筒１の後方から焦点側の第2固定レンズ群５を保持した固定レンズ群鏡枠４を後端部に封着して一体化し鏡筒ユニットを形成している。

実施例におけるズームレンズの構成は図3に示すように対物側の第1固定レンズ群２を先頭にズーム用第1移動レンズ群６と焦点調整用第２移動レンズ群７を、後部に焦点側の第2固定レンズ群５を光軸上に配置した構成になっていて、二つの移動レンズ群の移動機構部をサブ組IIIにして外筒1に挿入後、第２固定レンズ群５の鏡枠４で封着して完成させる方法を採っている。

第１移動レンズ群６と第２移動レンズ群７の移動機構のサブ組IIIは図２に分解図で示してある。第１移動レンズ群６の駆動用には圧電素子２０と振動軸２１で構成される第1圧電型リニアアクチュエータIを、第２移動レンズ群７の駆動用には圧電素子３０と振動軸３１で構成される第２圧電型リニアアクチュエータIIを当てていて、保持部材8には両圧電型リニアアクチュエータを下から保持部材８の貫通穴８ａと貫通穴８ｂに振動軸２１と振動軸３１を通して、下方で圧電素子２０と圧電素子３０をそれぞれに緩衝シート２２および３２で抑えるようにして保持する。

保持部材８の穴８ａから貫通し、起立した振動軸２１に対して移動体として第1移動レンズ群鏡枠２３を嵌入するが、中心に第1移動レンズ群６を保持し、その左側に設けられている一部欠損した貫通穴２３ａに振動軸２１を挿入し、板バネ２４によって振動軸２１の側面を圧接して、駆動に必要な保持摩擦と摺動摩擦が得られるようにしている。また第1移動レンズ群鏡枠２３の右端にはＵ字形に成形されたガイド受け２３ｂがあり第２圧電型リニアアクチュエータIIの振動軸３１を受けている。このガイド受け２３ｂと振動軸３１の関係は遊嵌状態にあり振動軸３１の振動に対しては第1移動レンズ群鏡枠２３には影響を受けないようになっていて、振動軸３１は第1移動レンズ群鏡枠２３のガイド軸としての役割を担わしている。

同様に保持部材８の右側にある穴８ｂに貫通し、起立した振動軸３１に対しては第２移動レンズ群鏡枠３３を嵌入するが、中心に第２移動レンズ群７を保持し、その右側に設けられている一部欠損した貫通穴３３ａに振動軸３１を挿入し、板バネ３４によって振動軸３１の側面を圧接して、第1移動レンズ群鏡枠２３と同様に駆動に必要な保持摩擦と摺動摩擦が得られるようにしている。また第２移動レンズ群鏡枠３３の左端にはこれも同様なＵ字形に成形されたガイド受け３３ｂがあり第１圧電型リニアアクチュエータIの振動軸２１を受けている。これも第1移動レンズ群鏡枠２３のガイド受け２３ｂ同様、このガイド受け３３ｂも振動軸２１の関係は遊嵌状態にあり振動軸２１の振動に対しては第２移動レンズ群鏡枠３３には影響を受けないようになっていて、振動軸２１は第２移動レンズ群鏡枠３３のガイド軸としての役割を担わしている。このように第1移動レンズ群鏡枠２３に対する振動軸２１は駆動用であり、振動軸３１はガイド用で、第２移動レンズ群鏡枠３３に対する振動軸２１はガイド用であり、振動軸３１は駆動用としていて、二つの振動軸を交互に有効に利用しあっている。

また図２に示すように第1移動レンズ群鏡枠２３と第２移動レンズ群鏡枠３３には成形された保持部２３ｃと３３ｃがあり、それぞれに移動距離を計測するためのマグネットスケーラ２５と３５が固着されていて、図1の側板の内側に固設されている図示しない磁気センサーが近接位置くるようになっている。このように保持部材８を中心に第１圧電型リニアアクチュエータIと第１圧電型リニアアクチュエータII及び第1移動レンズ群鏡枠２３と第２移動レンズ群鏡枠３３で移動機構を構成するが、この移動機構の予備組立てされた状態が図３に示すサブ組IIIとなる。

鏡筒ユニット本体を完成させるには図３で示すように外筒１の下方開口部から予備組立された移動機構のサブ組IIIを挿入し、第２固定レンズ群５を保持する固定レンズ群鏡枠４で外筒１の下方開口部を封着すれば完了する。

外筒１の下方開口部の固定レンズ群鏡枠４による封着方法について詳述すると、図４に示す図は外筒１に移動機構のサブ組III挿入後反転させ、外筒１の下方開口部を上方に向け、固定レンズ群鏡枠４を上から封着しようとする図であり、図５はその外筒１の開口部に対して固定レンズ群鏡枠４を螺合させる状態で封着する方法を示しているので図４と図５を参照しながら説明する。

外筒１の開口部端の円形縁部には円周溝１ｃが形成されていて周囲４個所にα角度中心に向かった凸部分１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇがある。一方固定レンズ群鏡枠４の円周外径は外筒１の円周溝１ｃと嵌合可能な寸法となっているが周囲は図に示すように２個所α角度欠落した部分４ａ、４ｂがあり、４個所α角度で外筒１の凸部分の量だけ中心に向かってのツバを残した凹部分４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆが形成されている。このため欠落部４ａと凹部分４ｃ及び欠落部４ｂと凹部分４ｅは連通状態にありその角度は２αとなっている。

外筒１の開口部に固定レンズ群鏡枠４を封着するには図５Ａに示すように固定レンズ群鏡枠４を正規位置に対してα角度だけ右に捻った状態で、欠落部４ａに対して外筒１の開口部の凸部分１ｄ、欠落部４ｂに対して外筒１の開口部の凸部分１ｆに合わせて押し込むと、固定レンズ群鏡枠４の円周先端部が外筒１の開口部円周の溝１ｃの位置まで沈み込ませることができるため、その位置から固定レンズ群鏡枠４を左方向にα角度回転させれば、外筒１の開口部円周凸部分１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇの下の溝１ｃに固定レンズ群鏡枠４の円周凹部分４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの先端ツバが潜る形で嵌り込み図５Ｂに示すようにバヨネット式の螺合状態で封着を完了できる。このようにバヨネット式であるため外筒１の開口部に対して固定レンズ群鏡枠４を簡単に着脱可能であって、作業性が良いことと、第２固定レンズ５の光軸位置が極めて精度良く合わせられことが大きな特徴となっている。

本発明の小型ズームレンズ鏡筒ユニットの完成外観図である。 移動レンズ群移動機構の主要部品サブ組IIIの分解図である。 鏡筒ユニット内部の構成を示す図である。 外筒１に主要部品サブ組IIIを挿入後、開口部に固定レンズ鏡枠４で封着する状態説明図である。 外筒１の開口部に対して固定レンズ鏡枠４のバヨネット式の螺合による封着の説明図である。 圧電型リニアアクチュエータの圧電素子による振動原理説明図である。 圧電型リニアアクチュエータ本体図である。

符号の説明

１ 外筒
２ 第１固定レンズ群
３ 側板
４ 固定レンズ群鏡枠
５ 第２固定レンズ群
６ 第１移動レンズ群
７ 第２移動レンズ群
８ 保持部材
１０ 圧電素子
１１ 振動軸
１２ 移動体
２０ 第１圧電型リニアアクチュエータIの圧電素子
２１ 第１圧電型リニアアクチュエータIの振動軸
２２ 緩衝シート
２３ 第１移動レンズ群鏡枠
２４ 板バネ
２５ マグネットスケーラ
３０ 第２圧電型リニアアクチュエータIIの圧電素子
３１ 第２圧電型リニアアクチュエータIIの振動軸
３２ 緩衝シート
３３ 第２移動レンズ群鏡枠
３４ 板バネ
３５ マグネットスケーラ

Claims (3)

1. 光軸上に複数のレンズ群を配列したレンズ鏡筒で、光軸上の両端に設置する固定レンズ群とこの中間に配設する複数のレンズ群の内でズーム用と焦点調整用のレンズ群をそれぞれ光軸に沿って移動可能にした内焦式ズームレンズの鏡筒において、前記ズーム用レンズ群と焦点調整用レンズ群の移動手段に圧電型リニアアクチュエータを用いた鏡筒であって、外筒の先端部は前記固定レンズ群の１つの保持と該圧電型リニアアクチュエータの振動軸先端を軸支したものであって、前記外筒の後端開口部から内設部材である前記圧電型リニアアクチュエータ及び当該アクチュエータの保持部材と被駆動部材を挿入し、当該開口部を他の固定レンズ群の鏡枠で封着して一体化したことを特徴とする小型ズームレンズ鏡筒ユニット
2. 前記外筒の内設部材は前記圧電型リニアアクチュエータを保持する保持枠に当該圧電型リニアアクチュエータとその被駆動部材であるズーム用レンズ群の鏡枠及び焦点調整用レンズ群の鏡枠で構成する内設移動機構であって、当該移動機構を予備組立状態で前記外筒の後端開口部から挿入することによって完成可能にしたことを特徴とする請求項１記載の小型ズームレンズ鏡筒ユニット
3. 前記外筒の後端開口部の固定レンズ群鏡枠による封着手段は前記外筒の後端開口部に形成された溝に当該鏡枠の周囲に形成するツバを残した凹部のツバが係合可能であって、前記外筒の後端開口部溝と前記鏡枠周囲の凹部ツバとの一定角度の螺合によって封着するバヨネット式であることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の小型ズームレンズ鏡筒ユニット
   

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