JP2009204941A - レンズ鏡筒及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光軸方向に移動する２つのレンズ枠の位置を検出する際、装置全体の小型化を図りつつ、互いの位置検出手段による干渉を効果的に防止し、高精度にレンズ枠の位置を検出することができるレンズ鏡筒を得ること。
【解決手段】 撮影光学系の一部のレンズ群を保持し光軸方向に移動する第１移動枠、第２移動枠、該第１移動枠の光軸方向の位置を検出する第１位置検出手段、該第２移動枠の光軸方向の位置を検出する第２位置検出手段とを有し、該第１、第２位置検出手段は、いずれも発光素子からの光束を相対的位置を検出するための部材に設けた反射板に投光し、該反射板からの反射光を受光する受光素子とを有し、該第１、第２位置検出手段は互いに同一基板上に設けられており、該第１、第２位置検出手段との間には光軸方向に延出した該第１又は第２移動枠が光軸方向へ移動する距離よりも長い遮光壁が該第１又は第２移動枠に設けられていること。
【選択図】 図１

Description

本発明は撮影光学系を構成する一部のレンズを保持し、光軸方向へ移動するレンズ移動枠の光軸上の位置を検出する位置検出手段を有するレンズ鏡筒に関し、例えばビデオカメラ、テレビカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に好適なものである。

一般にビデオカメラやテレビカメラ等の光学機器に用いられるレンズ鏡筒では、ズーミングやフォーカス調節のためのレンズを保持するレンズ枠を駆動手段で駆動する。このとき、フォーカス調節には、鏡筒の小型化のため駆動手段としてリニアアクチュエータを用いているものも多い。移動量の大きいズーム用のレンズ群の駆動にはステップモータを用いることが多い。

ステップモータで駆動するレンズ枠の光軸上の位置を検出するための位置検出手段は、フォトインタラプタ等のリセットセンサを用いて絶対位置を検出する。その後、入力するパルス数をカウントすることにより現在位置を検出するよう構成されている。

近年、光学機器の小型化に伴って駆動手段としてのアクチュエータも小型化であることが要望されている。駆動手段が小型であると発生する駆動力も小さくなる傾向にある。そのため、外部からの衝撃によってレンズ枠が位置ズレを起こし光学性能が変化してしまうことがある。

そこで、入力するスッテプ数によって位置検出が可能となるが磁気センサ等の非接触のセンサを新たに設けることによって、意図しないレンズ枠の位置ズレを検出するようにした光学機器が提案されている（特許文献１）。
特開平05-281449号公報

従来のビデオカメラやテレビカメラ等の光学機器に用いられるレンズ鏡筒では、フォーカス調節のためのレンズ枠と、ズーミング調節のためのレンズ枠にそれぞれ相対位置検出のためのセンサを用いていた。特にセンサとしては、動画撮影において、画像の不自然な揺れが発生しないように、多くの場合、非接触タイプのセンサ（位置検出手段）が用いられている。

具体的には、磁気的なものや、投受光素子を用いた光学的な検出手段が用いられている。

近年、光学機器の小型化によって、フォーカス調整とズーム調整のための各々の位置検出手段をレンズ鏡筒内の狭い空間内に近接して配置しなければならなくなっている。

このとき位置検出手段を構成する投受光素子を各々近接させた場合には、互いの光が他方に入射し誤動作をしてしまうという場合があった。

特に、２つの位置検出手段をレンズ鏡筒内の狭い空間内に配置する構成では、２つの位置検出手段が互いに悪影響を与えないように配置することが大変困難であった。

本発明は、光軸方向に移動する２つのレンズ枠の位置を検出する際、装置全体の小型化を図りつつ、互いの位置検出手段による干渉を効果的に防止し、高精度にレンズ枠の位置を検出することができるレンズ鏡筒及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。

本発明のレンズ鏡筒は、撮影光学系の一部のレンズ群を保持し光軸方向に移動する第１移動枠、該撮影光学系の他の一部のレンズ群を保持し光軸方向に移動する第２移動枠、該第１移動枠の光軸方向の位置を検出する第１位置検出手段、該第２移動枠の光軸方向の位置を検出する第２位置検出手段とを有し、
該第１、第２位置検出手段は、いずれも発光素子と該発光素子からの光束を相対的位置を検出するための部材に設けた反射板に投光し、該反射板からの反射光を受光する受光素子とを有し、
該第１、第２位置検出手段を構成する発光素子と受光素子は互いに同一基板上に設けられており、
該第１、第２位置検出手段との間には光軸方向に延出した遮光壁が該第１又は第２移動枠に設けられており、該遮光壁の光軸方向の長さは、該第１又は第２移動枠が光軸方向へ移動する距離よりも長いことを特徴としている。

本発明によれば、光軸方向に移動する２つのレンズ枠の位置を検出する際、装置全体の小型化を図りつつ、互いの位置検出手段による干渉を効果的に防止し、高精度にレンズ枠の位置を検出することができるレンズ鏡筒が得られる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明のレンズ鏡筒は、ズームレンズより成る撮影光学系の一部のレンズ群（ズーム部）を保持し光軸方向に移動する第１移動枠（ズーム移動枠）を有する。又、撮影光学系の他の一部のレンズ群（フォーカス部）を保持し光軸方向に移動する第２移動枠（フォーカス移動枠）を有する。

更に第１移動枠の光軸方向の位置を検出する発光素子と受光素子を含む光学的センサより成る第１位置検出手段と、第２移動枠の光軸方向の位置を検出する発光素子と受光素子を含む光学的センサより成る第２位置検出手段とを有している。

第１、第２位置検出手段は、いずれも撮影光学系を保持する固定筒又は第１、第２移動枠に設けられている。

固定筒又は第１、第２移動枠には各々第１、第２位置検出手段の発光素子からの光束を受光素子側へ反射し、固定筒に対する相対的位置を検出するための反射板（反射部）が設けられている。

第１、第２位置検出手段と反射板は相対移動する部材に各々設けられていれば良い。

第１、第２位置検出手段を構成する発光素子と受光素子は互いに同一基板上に設けられている。

そして一方の位置検出手段側の投光素子からの光束が直接又は他の部材で反射して間接的に他方の位置検出手段の受光素子に入射するのを軽減又は防止するために第１移動枠又は第２移動枠に光軸方向に延出した遮光壁（遮光手段）を設けている。

このときの遮光壁の光軸方向の長さは、第１又は第２移動枠がズーミング又はフォーカスの際に光軸方向へ移動する距離よりも長くなるようにしている。例えば光軸方向の長辺を有する長方形状の部材より構成して互いの位置検出手段における光束の検出に影響を及ぼさないようにしている。

次に本発明の実施例１に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１のレンズ鏡筒を光軸に沿って切断した縦断面図、図２、図３は図１の分解斜視図を示している。

光軸の前方から、固定の一群鏡筒１、前固定筒２、変倍を行う二群鏡筒（ズーム移動枠）３、絞りユニット４、三群鏡筒５、後部固定筒６が配列されている。

一群鏡筒１は固定で正の屈折力の一群レンズＬ１を保持し、前固定筒２にビス１ａにより固定されている。二群鏡筒（ズーム移動枠）３は変倍（ズーミング）を行う負の屈折力の二群レンズＬ２を保持し、ズーミングに際してズームモータ７により光軸方向に移動するようにされている。

絞りユニット４は後部固定筒６にビスにより固定されている。三群鏡筒５は固定で正の屈折力のレンズＬ３を保持し、後部固定筒６にビスにより固定されている。また、後部固定筒６内には正の屈折力の四群レンズＬ４を保持し、後述するリニアアクチュエータにより光軸方向に移動しフォーカス調節を行う四群鏡筒（フォーカス移動枠）８が設けられている。

図２において、二群鏡筒３は、ガイドバー９が挿入されるスリーブ３ａ、及びガイドバー１０が係合するＵ字溝３ｂを有している。ガイドバー９の前端は前固定筒２に設けた穴２ａに圧入固定されている。ガイドバー９の後端は後部固定筒６の穴６ａに圧入固定されている。ガイドバー１０の前端は前固定筒２の穴２ｂに圧入固定されている。又、ガイドバー１０の後端は後部固定筒６の穴６ｂに圧入されている。前固定筒２はビス２ｃによって後部固定筒６に固定されている。二群鏡筒３はこれらのガイドバー９、１０をガイド部材として、前固定筒２内において光軸方向に移動自在に保持される。

ズームモータ７は、コの字形をした板金に駆動部と出力ネジ部７ｂが一体に保持されており、後部固定筒６にビス７ａで固定されている。一方、二群鏡筒３にはラック１１が取付けられており、ラック１１がズームモータ７の出力ネジ部７ｂと噛合することによって光軸方向に駆動される。

この際ラック１１は、二群鏡筒３に光軸方向に延びるよう形成された穴部３ｃ、３ｄに軸部１１ａ、１１ｂを嵌合させて取付けられ、二群鏡筒３に対して前記軸部１１ａ、１１ｂを中心に回動可能となっている。このため、ガイドバー９、１０とモータ出力軸との平行度にずれがあっても二群鏡筒３がスムーズに移動できるようになっている。

また、ラック１１はばね１２によって噛合方向と、光軸方向に付勢されており、噛合いガタとスラストガタを取り除くようにしている。このためラック１１の噛合部とモータ７の出力ネジ部７ｂとを確実に噛合させることができる。

後部固定筒６の後部には、不図示の撮像素子を取り付けられるＣＣＤホルダ１３がビス１３ｃにより保持されている。四群鏡筒８はガイドバー１４が挿入されるスリーブ８ａ、及びガイドバー１５が係合するＵ字溝８ｂを有している。ガイドバー１４の前端は後部固定筒６に設けた穴６ｃ（不図示）に圧入固定されている。ガイドバー１４の後端はＣＣＤホルダ１３の穴１３ａ（不図示）に圧入固定されている。ガイドバー１５の前端は後部固定筒６の穴６ｄに圧入固定され、ガイドバー１５の後端はＣＣＤホルダ１３の穴（不図示）に圧入されている。四群鏡筒８はこれらのガイドバー１４、１５をガイド部材として、光軸方向に移動自在に保持される。

また、後部固定筒６にはヨーク１６が固定されている。鉄材をＵ字状に屈曲したヨーク１６の内側にはマグネット１７が固定されている。ヨーク１６は位置決め穴１６ａ及び嵌合凸部１６ｂを有し、後部固定筒６に設けたボス６eと溝６ｆに係合して位置決めされ固定されている。また、ヨーク１６には半抜きによって凸部１６ｅを設けており、後部固定筒６の薄肉部６ｊと当接させ、薄肉部を弾性変形させることによりガタツキを防止している。

一方、四群鏡筒８にはコイル１８がヨーク１６とマグネット１７に対応する位置に接着固定され、ヨーク１６の一辺１６ｃがコイル１８の内周に組み込まれている。そして、磁路を閉じるための小ヨーク１９がヨーク１６の磁力によって取り付けられている。コイル１８はフレキシブルプリント基板に接続され、レンズ鏡筒の外部の制御回路に電気的に接続されている。これらのヨーク１６、マグネット１７、コイル１８によって、四群鏡筒８に対するムービングコイル型のリニアアクチュエータが構成されている。

次に本実施例に関わる位置検出装置の構成について説明する。

２０はインタラプタであり、基板２０ａに端子を半田付けした後、後部固定筒６にビス２０ｂで固定されている。インタラプタ２０は投光部（投光素子）と受光部（受光素子）の間を二群鏡筒３に一体的に設けた遮光壁部３ｅが通過することで二群鏡筒３の光軸方向の基準位置を検出する。そして、ズームモータ７に入力するパルス数によって２群鏡筒２を各ズーム位置へ駆動するよう構成されている。

２１はＭＲＡセンサ（第１位置検出手段）を示し、投光素子（投光部）と受光素子（受光部）をひとつのパッケージに配した位置検出素子を構成している。ＭＲＡセンサ２１は基板２２に実装され、後部固定筒６の側面にビス２２aによって固定されている（図２参照）。

一方、二群鏡筒３上であって、ＭＲＡセンサ２１に対向する部分には溝３ｆが形成されており、反射板２３が接着固定されている。反射板２３には三角山状の突起が所定間隔をおいて連続的に配置されており、ＭＲＡセンサ２１から投光された光が、その突起に反射し、縞状の光線として再びＭＲＡセンサ２１の受光素子に入射される。その際、二群鏡筒３が光軸方向に移動した距離に応じて入射光の強弱が繰返されるため、光の波（強弱）の数を数えることによって２群鏡筒３の移動距離を検出することができる。

本来、インタラプタ２０で２群鏡筒３の基準位置を検出した後は、ステップモータであるズームモータ７に入力するパルス数で現在位置がわかるため、ＭＲＡセンサは必要無い。しかしながら、衝撃によってラック１１の噛合い位置がずれたり、モータ螺子が回転してしまったりした場合、二群鏡筒3の位置ズレを検出することができない。そのため、本実施例では、後部固定筒６にＭＲＡセンサ２１を搭載している。それによって、入力したパルス数から演算される移動距離と、ＭＲＡセンサ２１からの出力が演算される移動距離が異なる場合には、等価になるまでズームモータ７を回転させ、二群鏡筒３の位置を補正するよう制御している。

一方、４群レンズＬ４を移動させてフォーカス調節を行なう四群鏡筒（フォーカス移動枠）８にも、ＭＲセンサ２１と同様なＭＲＡセンサ（第２位置検出手段）２４が搭載されている。

ＭＲＡセンサ２４はＭＲＡセンサ２１と同一の基板２２に実装されている。そして、四群鏡筒８にはＭＲＡセンサ２４に対向する位置の溝８ｃに反射板２５が接着固定されている。これによって、二群鏡筒３と同様な作用で四群鏡筒８の光軸方向の移動距離を検出している。４群鏡筒８の基準位置の検出には、四群鏡筒８を無限側（通常はＣＣＤ側）のメカ端まで駆動し、その位置を基準位置としている。

図４は二群鏡筒３、四群鏡筒８およびＭＲＡセンサ２１、２４を光軸方向でＣＣＤ側から見た概略図である。図４に示すように、ＭＲＡセンサ２１及び反射板２３は二群鏡筒３に設けたスリーブ部３aに近い位置に配置されている。スリーブ部３aから遠くなるに従って、二つのスリーブ穴の嵌合ガタによる位置ズレ量が大きくなるため、より精度良く位置検出を行なうためには、ＭＲＡセンサ２１をスリーブ３aの近くに配置している。四群鏡筒８も同様の理由からＭＲＡセンサ２４と反射板２５はスリーブ部８aの近くに配置している。

特にズーム位置検出手段としてのＭＲＡセンサ２１はズームガイド手段（３ａ、９）の近傍に配置している。

又、フォーカス位置検出手段としてのＭＲＡセンサ２４はフォーカスガイド手段（８ａ、１４）の近傍に配置している。

そしてズーム位置検出手段とフォーカス位置検出手段は、ズームガイド手段とフォーカスガイド手段の間に位置するようにしている。

ＭＲＡセンサ２１、２４は、反射板２３、２５に配列した三角突起の周期に対して、４分の１位相のずれた２つの正弦波を出力し、カメラ側の制御回路で移動方向を検出するような構成になっている。

ＭＲＡセンサ２１、２４は電気的な配線の数も多く、それに伴ってスペースも必要になる。そのため、二つのＭＲＡセンサ２１と２４を１つの基板２２に実装し、配線をまとめた方が基板の面積を小さくすることができる。

本実施例では、その際、電源とグランドラインを共通化することにより、さらに省スペース化を行なっている。

以上説明したように、本実施例のレンズ鏡筒においては、２群鏡筒３と４群鏡筒８の光軸方向の位置を精度良く位置検出を行なうこと、レンズ鏡筒周辺部の省スペース化を目的としている。このため、二つのＭＲＡセンサ２１、２４を３群鏡筒３のスリーブ部３ａと４群鏡筒８のスリーブ８ａの間に配置し、１つの基板２２に実装している。

このように非接触型のＭＲＡセンサを２つ近接して配置した場合には、近傍にある別のセンサの影響で誤動作を起こす場合がある。

具体的にはＭＲＡセンサ２１（２４）の投光部から出た漏れ光が、ＭＲＡセンサ２４（２１）の受光部に入射し、誤動作するような危険性がある。

そのため、本実施例では、お互いの投光素子からの漏れ光が悪影響を及ぼさないように光軸方向に長い遮光板より成る遮光手段（遮光壁）３ｇを設けている。

図５はレンズ鏡筒をＭＲＡセンサ２１と２４の中心を通る面で切断した断面図である。ＭＲＡセンサ２１、２４は投光素子であるＬＥＤと受光素子、回路を透明樹脂で固めた構成になっている。このため、前面だけでなく、側面からも投光素子からの光が発散してしまう。そこで、鏡筒に組み込む際、後部固定筒６の穴６ｇ、６ｈにＭＲＡセンサ２１、２４を嵌め込むことで、側面からの漏れ光を遮光するようにしている。

前面からの光に関しては、二群鏡筒３に遮光壁３ｇを設けることによって遮光を行なっている。尚、４群鏡筒８に遮光壁を設けても良い。又双方に遮光壁を設けても良い。遮光壁３ｇは後部固定筒６の内壁に設けた溝部６ｉに入り込むことによって、他のＭＲＡセンサへ漏れ光が侵入するのを防止している。センサ表面からの光線と反射板２３、２５からの強い反射光が鏡筒表面で乱反射するため、それらの光が漏れて、他方の受光素子に入射しないように遮光壁３ｇは溝部６ｉに深く入り込むように構成している。

図６は二群鏡筒３と四群鏡筒８及び、ＭＲＡセンサ２１、２４のみを示した側面図である。図６Ａは撮影光学系（ズームレンズ）がワイド端状態、図６Ｂはテレ端状態を示している。遮光壁３ｇは２群鏡筒３がワイド端からテレ端に至る撮影状態において、常にＭＲＡセンサ２１の側面に掛かるような長さになっている。これによって３群鏡筒３が移動してもＭＲＡセンサ２４の投光素子からの漏れ光が入射しないようにしている。

以上説明してきたように、本実施例では遮光壁３ｇを二つのＭＲＡセンサ２１、２４間に配置することによって互いの漏れ光による誤動作を防止している。また、ＭＲＡセンサを移動鏡筒のスリーブ近傍に配置することによって、高精度の位置検出を実現している。

さらに、二つのＭＲＡセンサ２１、２４を同一基板２２に実装することによって、配線を簡略化でき装置の小型化が実現している。特に本実施例において、より簡略化するためには２つの位置検出手段を同一平面状に配置することが望ましい。

以上のように本実施例によれば、ズーム移動枠またはフォーカス移動枠に一体的に設けた遮光壁が、撮影状態において常に一方の発光によって他方が影響されないように２つの位置検出手段の間に配置している。

これによって、例えばフォーカス用の位置検出手段からの投光がズーム用の位置検出手段の受光素子に入射し誤動作を生じるといった不具合が発生することを防止している。

また、ズーム用の位置検出手段とフォーカス用の位置検出手段を、同一平面上に並べて配置することによって、２つの位置検出手段を実装する基板の小型化、２つの位置検出手段の配線を簡略化することができる。

さらに、ズーム移動枠のガイド手段（ズームスリーブ）と、フォーカス移動枠のガイド手段（フォーカススリーブ）との間に、ズーム用の位置検出手段とフォーカス用の位置検出手段を配置している。これによって、ズーム移動枠、フォーカス移動枠ともに位置検出精度を悪化させることがなく、全系をコンパクトにした検出手段を実現することができる。

なお、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは云うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば２つの移動枠は、共にズーミングの際に移動するズーム移動枠であっても良い。又、２つの移動枠は共にフォーカスの際に移動するフローティング用のフォーカス移動枠であっても良い。

第１、第２位置検出手段は投光素子と受光素子を有する光学センサであれば、どのようなタイプであっても良い。又、反射板は投光素子からの光束を位置変化に基づいて光変調して反射する白黒パターン、格子パターン等であっても良い。

本発明のレンズ鏡筒は、テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の少なくとも２つの移動枠を有するレンズ鏡筒を用いる光学機器であれば同様に適用できる。

本発明の実施例１のレンズ鏡筒を光軸に沿って切断した断面図 図１のレンズ鏡筒の二群鏡筒側を分解した分解斜視図 図１のレンズ鏡筒の四群鏡筒側を分解した分解斜視図 二群鏡筒と四群鏡筒及びセンサの配置をＣＣＤ側光軸より見た正面図 図１のレンズ鏡筒を二つのセンサ中心を通る階段状の面で切断した断面図 ワイド側の側面図 テレ側の側面図

符号の説明

１ 一群鏡筒 ２ 前固定筒
３ 二群鏡筒（ズーム移動枠） ３ｇ 遮光壁（遮光壁）
６ 後部固定筒
７ ズームモータ ８ 四群鏡筒（フォーカス移動枠）
９、１０、１４、１５ ガイドバー（ガイド手段）
１１ ラック １２ ばね
１３ ＣＣＤホルダー １６ ヨーク
１７ マグネット １８ コイル
１９ 小ヨーク ２０ フォトインタラプタ
２１、２４ ＭＲＡセンサ（光学式センサ）
２２ 基板
２３、２５ 反射板（ズーム、フォーカス位置検出手段）

Claims (3)

1. 撮影光学系の一部のレンズ群を保持し光軸方向に移動する第１移動枠、該撮影光学系の他の一部のレンズ群を保持し光軸方向に移動する第２移動枠、該第１移動枠の光軸方向の位置を検出する第１位置検出手段、該第２移動枠の光軸方向の位置を検出する第２位置検出手段とを有し、
   該第１、第２位置検出手段は、いずれも発光素子と該発光素子からの光束を相対的位置を検出するための部材に設けた反射板に投光し、該反射板からの反射光を受光する受光素子とを有し、
   該第１、第２位置検出手段を構成する発光素子と受光素子は互いに同一基板上に設けられており、
   該第１、第２位置検出手段との間には光軸方向に延出した遮光壁が該第１又は第２移動枠に設けられており、該遮光壁の光軸方向の長さは、該第１又は第２移動枠が光軸方向へ移動する距離よりも長いことを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記第１移動枠は前記撮影光学系のズーム部を保持するズーム移動枠であり、前記第２移動枠は前記撮影光学系のフォーカス部を保持するフォーカス移動枠であり、前記第１、第２位置検出手段はいずれも該撮影光学系を保持する固定筒に設けられており、
   前記反射板は、該ズーム移動枠と該フォーカス移動枠に各々設けられており、前記遮光壁の光軸方向の長さは該ズーム移動枠がズーミングの際に光軸方向に移動する距離よりも長いことを特徴とする請求項１のレンズ鏡筒。
3. 請求項１又は２のレンズ鏡筒と、該レンズ鏡筒に保持されている撮影光学系によって形成される像を受光する撮像素子を有していることを特徴とする光学機器。

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