JP2009163017A - レンズ移動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現しながら構造が簡易で組立が容易であり、かつ、光軸方向への直動精度及び位置決め精度、応答精度をより向上させたレンズ移動機構を提供する。
【解決手段】レンズ２１を保持したレンズ枠２と、レンズ枠と係合してレンズを光軸に沿って平行移動可能に支持したガイド機構３と、ガイド機構に併設したモータ６によって光軸に沿って直動するリードスクリュー６１に螺号するナット体５とから成り、ナット体とレンズ枠とを磁着保持した球体４を介して連結する。ガイド機構は、光軸に沿って平行配置した２本のガイド軸３１にレンズ枠を平行移動可能に係合させて構成する。ナット体とレンズ枠との磁着保持した球体を介した連結は、ナット５に磁性体５２を配置すると共にレンズ枠２に永久磁石２３を配置し、両者の磁気吸引力により磁性体から成る球体４を挟み込むことにより構成する。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、カメラ等のレンズを光軸方向に進退移動させるレンズ移動機構に関する。

一般にビデオカメラやデジタルスチルカメラ（以下、「カメラ等」と称する。）はフォーカス機能やズーム機能を具備している。この機能は光学素子であるレンズを光軸に沿って進退移動させるレンズ移動機構が担っている。

かかるレンズ移動機構は、レンズ筐体内部においてレンズを保持したレンズ枠を駆動手段により光軸方向に微少かつ直線的に進退移動させて焦点位置等を調整するものである。具体的な構成として、例えば、特許文献１には、レンズ枠を光軸方向への案内するガイド軸と摺動自在に係合する軸受アームを所定間隔で備え、この軸受アームに駆動手段のリードスクリュー（送りネジ）に螺合させたラック体を収納し、前記ラック体は軸受けアームと同軸上にガイド軸を軸支持する構成のレンズ移動機構が開示されている。

また、特許文献２には、レンズ枠の光軸方向にスリーブを一体的に形成すると共に、このスリーブ内に駆動源のリードスクリューに螺合すると共にレンズ枠を光軸方向に案内するガイド軸と嵌合するラックギアを収納し、ラックギアにはリードスクリュー側に螺合部を付勢するクランパを備えた構成のレンズ駆動装置が開示されている。
特開２００５−２２１５９２号公報（第３−５頁、第１図） 特開２００３−１９５１４４号公報（第４―６頁、第１図）

上記カメラ等には、小型化と共にフォーカス機能やズーム機能等の性能向上に対する不断の要請のもと、機能性向上と共にレンズ移動装置自体の小型化が必要となっている。かかる機能性向上においては、レンズの光軸方向における直線移動精度、及び位置決め精度や応答精度（伝達ロス又は動作ロスの低減）の向上が主眼となる。

従来の一般的構成における直線移動精度の向上は、レンズ枠を光軸方向に案内するガイド軸とラック部の移動軌跡との平行度、レンズ枠とガイド軸との係合部又は嵌合部における摺動部のクリアランスの大きさ（いわゆる嵌合精度）、及びレンズ枠とガイド軸又はラック部とレンズ枠の加工や組立精度に依存するものであった。また、位置決め精度や応答精度は、駆動源であるモータのリードスクリューとラック部（若しくはナット体）との螺合に不可避的に発生するバックラッシュ、及び各部材の材質に由来した歪みや撓み（いわゆるばね性の大きさ）に依存するものであった。

特許文献１で開示されているレンズ移動機構は、リードスクリューに螺合するラック部となる従動螺合体を合成樹脂材から形成し、これに弾性脚を備えてバックラッシュを吸収又は軽減する構成である。そして、従動螺合体は樹脂材である上に弾性脚を備えて弾性変形させ、リードスクリューとガイド軸との不可避的な平行度の誤差を吸収する構成としている。しかし、このように弾性撓みが大きいことは、レンズ枠とガイド軸等の嵌合部におけるスムーズな摺動を阻害して、位置決め精度や応答精度を低下させる要因となっていた。かかる構成を採用する限り、さらなる位置決め精度や応答精度の向上は難しいものであった。

特許文献２で開示されているレンズ駆動装置においては、ラックギアにはリードスクリューとの螺合部の他にリードスクリューを挟み込むクランパを前後に備え、さらに螺合部をリードスクリュー側に付勢するばねを配設している。この構成により、ラックギアとリードスクリューの螺合状態でのガタを無くしバックラッシュを軽減させると共に、組立後の位置決め精度の向上を図っている。しかし、この構成のラックギアは、螺合部やクランパと共にガイド軸との嵌合孔を形成するなど複雑な形状であって、かつクランパをリードスクリュー側に付勢接触させる構成である。また、リードスクリューとガイド軸の平行度の誤差は、これらの加工精度や配置時の位置決め精度に依存するものであるため、さらなる小型化は加工精度の確保上難しく、部品点数が多いことによる相互の位置決め精度の確保、さらには組立作業性も煩雑なものであった。さらに加えて、クランパのリードスクリューへの接触部分はリードスクリューの回転阻害要因となって応答精度のさらなる向上は難しいものであった。

そこで、本願発明は、上記課題に着目し、これを解決することを目的に為されたものである。すなわち、小型化を実現しながら構造が簡易で組立が容易であり、かつ、光軸方向への直線移動精度及び位置決め精度や応答精度をより向上させた新規なレンズ移動機構を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本願発明にかかるレンズ移動機構は、以下のように構成している。
すなわち、レンズ（２１）を保持したレンズ枠（２）と、該レンズ枠（２）と係合してレンズ（２１）を光軸に沿って平行移動可能に支持したガイド機構（３）と、該ガイド機構（３）に併設した駆動手段（６）によって光軸に沿って直線移動する能動体（５）とから成り、該能動体（５）と前記レンズ枠（２）とを磁着保持した球体（４）を介して連結したことを特徴としている。上記球体（４）は能動体（５）とレンズ枠（２）の間に位置すると共に着磁保持されているため、能動体（５）とレンズ枠（２）により言わば狭持され、能動体（５）とレンズ枠（２）の双方に点接触する状態となる。なお、上記能動体（５）、レンズ枠（２）、及び球体（４）は、弾性材ではなく硬質材から形成している。

また、上記ガイド機構（３）の構成においては、レンズ（２１）の光軸に沿って平行配置した２本以上のガイド軸（３１）に、前記レンズ枠（２）を平行移動可能に係合させて成ることを特徴としている。このガイド軸（３１）の少なくとも１本は、レンズ枠（２）と所定クリアランスをもって摺動可能に嵌合し、レンズ枠（２）の光軸方向への直線移動精度を確保するように機能している。

前記能動体（５）と前記レンズ枠（２）との磁着保持した球体（４）を介した連結においては、能動体（５）に形成した能動作用部（５２）、レンズ枠（２）に形成した受動作用部（２３）、及び球体（４）の少なくとも１つを磁石とすると共に、残りを磁性体として構成したことを特徴としている。かかる構成により、能動作用部（５２）、球体（４）、受動作用部（２３）の間に磁路が形成され、これらが磁気吸引関係を成す結果、球体（４）を介した能動作用部（５２）と受動作用部（２３）とを点接触状態で連結することとなる。前記磁石は、永久磁石が好適であるが、能動作用部や受動作用部に配置する場合には、鉄心にコイルを巻回したいわゆる電磁石としても良い。

能動体（５）の構成においては、駆動手段としたモータ駆動のリードスクリュー（６１）に螺合して直線移動するナット体（５）としても良い。なお、駆動手段としては、上記ナット体（５）が螺合するリードスクリューを有する一般的なモータではなく、交互に異極配置した板状の永久磁石上を能動体（５）を直線移動させる構成のいわゆるリニアモータを採用しても良い。

なお、特許請求の範囲の書類と上記の課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解のため図面符号を参考に付記したものであり、この図面上の形態に限定して解釈するものではない。

上記構成の本願発明にかかるレンズ移動機構は、以下の効果を奏する。
すなわち、ガイド機構により光軸方向に直線移動するように案内されるレンズ枠と、これと併設した駆動手段により直線移動する能動体とを、レンズ枠と能動体との間に球体を配置して点接触させると共に、これらを着磁した磁気吸引力によって相互に連結する構成である。このため、ガイド機構と能動体の両者の移動軌跡の平行度における誤差は、直線移動時における球体とレンズ枠及び能動体との点接触部分の転動や摺動により吸収でき、レンズ移動機構としての光軸方向への直線移動精度が向上する。これに加え、レンズ枠、能動体、及び球体は弾性変形が殆ど無い硬質材であるために各要素の応答性も良く、レンズ移動機構としての応答精度も向上する。

また、能動体とレンズ枠には、球体を介して両者を近づけようとする磁気吸引力が常に作用している。このため、能動体がナット体であると共に駆動手段としたモータのリードスクリューに螺合する構成である場合には、この螺合部分には常にレンズ枠又はナット体の一方側に付勢力が作用することとなる。この結果、能動体とリードスクリューにあるガタ、例えば、螺合部分のバックラッシュが除去又は軽減されるため、レンズ移動機構としての位置決め精度や応答精度が向上する。

さらに、レンズ枠と能動体との連結を、両者に球体を介在させてこれを狭持する態様であるため、形状も構造も簡易な構造となる結果、各構成要素の加工精度の確保及び組立作業も簡便となり、さらなる小型化を図ることも容易となる。

本願発明のレンズ移動機構の最良の実施形態例について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施例のレンズ移動機構の外観を示す一部切り欠き斜視図であり、図２は本実施例のレンズ移動機構の組立斜視図であり、図３は本実施例のレンズ移動機構を示す断面図であり、図４は本実施例のレンズ移動機構の作用を示す説明図であり、図５は本実施例のレンズ移動機構の変更例を示す断面図である。

まず、本実施例のレンズ移動機構１は、カメラ等のレンズ筐体（図示省略）の内部に配置され、保持したレンズ２１を光軸方向に微少に直線移動（以下、「直動」と称する。）させ、カメラ等の焦点距離を調整するものである。

レンズ移動機構１は、主に、レンズ２１を保持したレンズ枠２を光軸方向に案内するガイド機構３と係合させると共に、駆動手段となるモータ６により光軸方向に直動する能動体であるナット５と連結させて構成している。

レンズ枠２は、レンズ２１の略中心部付近の透過部分を露出させるように周縁部を保持する非磁性材から成る盤状の枠体であり、周縁部の一部を光軸方向に肉厚とした連結部２２を一体的に形成している。

また、レンズ枠２は、レンズ筐体内に光軸に沿って平行に配置されたガイド機構３を成す２本のガイド軸３１と、レンズ中心を対称にして係合している。一方のガイド軸３１は、レンズ枠２の連結部２２に形成した嵌合孔２２ａと摺動可能に嵌合してレンズ枠２を支持している。この連結部２２に嵌合したガイド軸３１は、直動時にレンズ枠２を光軸方向に精密に直動案内し、レンズ枠２の直動精度を確保するように機能する。他方のガイド軸３１は、嵌合孔２２ａとはレンズ２１を中心に対称位置に外周縁からガイド軸径より大きく形成した切り欠き２４に係合してレンズ枠２を支持している。この切り欠き２４に係合したガイド軸３１は、レンズ枠２が直動時において摺動部分である連結部２２の嵌合孔２２ａを中心に回転することを防止するように機能する。

レンズ枠２に形成した連結部２２は、レンズ２１の保持位置と逆方向、つまり外縁に向かって上面視コ字状となる凹部２２ｂを形成している。凹部２２ｂには外側から光軸と平行に円形の収納孔２２ｃを開孔すると共に、円柱状の永久磁石２３を収納している。

上記凹部２２ｂの内部には、ナット体５の一部分が上面視において進入している。ナット体５の凹部２２ｂに進入した部分の逆側はモータ６のリードスクリュー６１に螺合している。モータ６はリードスクリュー６１が光軸に沿って平行となるように、コ字状を成すフレーム６２によって軸支持されている。また、ナット体５における凹部内への進入部分であって、連結部２２の永久磁石２３の配置側とは反対面に光軸と平行に収納孔５１を開孔すると共に、円柱状の磁性体５２を収納して保持している。

連結部２２の凹部内部であって、永久磁石２３の配置側とナット体５との間には、磁性体から成る球体４を配置している。この球体４を配置することにより、連結部２２の永久磁石２３とナット体５の磁性体５２との間には球体４を介して光軸方向に磁路が形成されることとなる。かかる磁路が形成される結果、これらは互いに磁気吸引し合い、連結部２２とナット体５とが言わば球体４を点接触状態で狭持するように連結することとなる。球体４は上記の配置関係によって磁路の形成方向である光軸方向に関しては強固に磁気吸引される一方、磁路と直交する方向の磁気吸引力は弱いものとなる。このため、球体４は連結部２２とナット体５を光軸方向に強固に連結しつつも、光軸方向と直交する方向への転動や摺動が可能となっている。

上述の連結状態を維持するため、連結部２２に配置する永久磁石２３は、ナット体５の動きに連動して球体４を着磁保持すると共に、レンズ枠２を直動可能とする磁力を有するものを適宜に選定する必要がある。

なお、レンズ枠２の連結部２２及びナット体５は、球体４の接触部の耐衝撃性や転動し易さ、さらには重量等を考慮し、本実施例では硬質樹脂材であるポリエーテルエーテルケトン材（ＰＥＥＫ材）を採用している。
［作用］

上記構成のレンズ移動機構１は以下のように直動し、レンズ枠２に配置したレンズ２１の光軸方向の位置調整を行っている。

まず、駆動手段であるモータ６のリードスクリュー６１が回動すると、これに螺合するナット体５はリードスクリュー６１に沿って直動を開始する。ナット体５が直動すると、ナット体５と球体４を介して相互に磁気吸引関係を成すレンズ枠２はガイド軸３１に案内されて光軸に沿って直動し、モータ６のリードスクリュー６の回動方向によって進退することとなる。

レンズ移動機構１の直動開始前においては、ナット体５は常に永久磁石２３を配置した連結体２２の方向に球体４を介して付勢されており、ナット体５とリードスクリュー６１との螺合部のガタが吸収され、バックラッシュが除去されている。また、ナット体５、球体４、レンズ枠２はそれぞれ硬質材のため直動時に弾性変形することもなく、リードスクリュー６１の回動に対するそれぞれの応答性も良い。この結果、レンズ移動機構全体としての応答精度は向上している。

また、レンズ移動機構１の直動時においては、ナット体５と連結部２２の連結を球体４の点接触により実現しているため、ナット体５の螺合するリードスクリュー６１とレンズ枠２が嵌合するガイド軸３１の平行度の誤差は吸収されている。すなわち、図４に示すように、上記リードスクリュー６１とガイド軸３１の平行度の誤差が大きい場合であっても、ナット体５と連結部２２の直動により生じる相対的な位置ズレｄは球体４の転動又は点接触部分の摺動により吸収されている。
［他の実施形態例］

本実施例のレンズ移動機構１は、連結部２２又はナット体５に配置する永久磁石２３と他方側に配置する磁性体５２により球体４を挟み込み、これらの磁気吸引力によってレンズ枠２とナット体５とを連結する構成である。この構成を別言すると、モータ６により移動する能動作用部であるナット体５の磁性体５２と、ナット体５に連動して直動する受動作用部である連結部２２の永久磁石２３と、これらに介在する球体４とに光軸方向の磁路が形成され、相互に磁気吸引関係を成して連結する構成である。したがって、以下の構成に変更することも可能である。

すなわち、図５に示すように、磁性材である球体４を永久磁石から成る磁石球体７とし、この磁石球体７を連結部２２とナット体５に配設した磁性板８で狭持する構成である。また、永久磁石２３の配置を連結部２２ではなく、ナット体５に配置しても良く、連結部２２とナット体５の両方に磁極方向を適合させて配置する構成としても良い。さらに、ナット体５又はレンズ枠２の全体を磁性材で形成した場合には、磁性体５２を省略しても良い。

上記構成の他にも、連結部２２又はナット体５に配置する円柱状の永久磁石２３を、鉄心にコイルを巻回した各収納孔に収まる大きさの電磁石に変更する構成としても良い。また、駆動手段も、平板上の永久磁石を光軸に沿って交互に異極配置し、この永久磁石上に沿ってナット体５を移動させる構成のいわゆるリニアモータに変更しても良い。

本実施例のレンズ移動機構の外観を示す一部切り欠き斜視図である。 本実施例のレンズ移動機構の組立斜視図である。 本実施例のレンズ移動機構を示す断面図である。 本実施例のレンズ移動機構の作用を示す説明図である。 本実施例のレンズ移動機構の変更例を示す断面図である。

符号の説明

１ レンズ移動機構
２ レンズ枠
２１ レンズ
２２ 連結部
２２ａ 嵌合孔
２２ｂ 凹部
２２ｃ 収納孔
２３ 永久磁石（受動作用部）
２４ 切り欠き
３ ガイド機構
３１ ガイド軸
４ 球体
５ ナット体（能動体）
５１ 収納孔
５２ 磁性体（能動作用部）
６ モータ
６１ リードスクリュー
６２ フレーム
７ 磁石球体
８ 磁性板

Claims (4)

1. レンズ（２１）を保持したレンズ枠（２）と、
   該レンズ枠（２）と係合してレンズ（２１）を光軸に沿って平行移動可能に支持したガイド機構（３）と、
   該ガイド機構（３）に併設した駆動手段（６）によって光軸に沿って直線移動する能動体（５）とから成り、
   該能動体（５）と前記レンズ枠（２）とを磁着保持した球体（４）を介して連結したことを特徴とするレンズ移動機構。
2. ガイド機構（３）の構成において、
   レンズ（２１）の光軸に沿って平行配置した２本以上のガイド軸（３１）に、前記レンズ枠（２）を平行移動可能に係合させて成ることを特徴とした請求項１記載のレンズ移動機構。
3. 前記能動体（５）と前記レンズ枠（２）との磁着保持した球体（４）を介した連結において、
   能動体（５）に形成した能動作用部（５２）、レンズ枠（２）に形成した受動作用部（２３）、及び球体（４）の少なくとも１つを磁石とすると共に、残りを磁性体として構成したことを特徴とする請求項１、又は２記載のレンズ移動機構。
4. 駆動手段（６）によって光軸に沿って移動する能動体の構成において、
   駆動手段としたモータ駆動のリードスクリュー（６１）に螺合して直線移動するナット体（５）を能動体としたことを特徴とする請求項１、２、又は３記載のレンズ移動機構。

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