JP2009237103A - 移動機構、光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動と手動を自動的に切り替えることができる移動機構とこれを有する光学装置を提供すること。
【解決手段】ハウジング５ａに回転可能に保持された軸部材１３と、軸部材１３に接触するドローチューブ７と、軸部材１３の周部に設けられた周方向に並ぶ複数のローラー軸２３と、ローラー軸２３に回転自在にそれぞれ保持された複数のローラー２５と、ハウジングに回転可能に保持され、回転中心線が軸部材１３の回転中心線と一致し、ローラー２５に接触する第１動力伝達面部２７ｄを有する手動操作可能な微動ハンドル２７と、軸部材１３に回転可能に保持され、ローラー２５に接触すると共にローラー２５を挟んで第１動力伝達面部２７ｄと対向する第２動力伝達面部２９ａを有し、モータ３５にギア３７を介して連結され、電動操作することができる動力伝達ギア２９とを備え、軸部材１３の回転によりドローチューブ７を移動させる移動機構。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動機構とこれを有する光学装置に関するものである。

光学装置に用いられる移動機構として、例えば望遠鏡の合焦機構がある。一般の望遠鏡の合焦機構は、鏡筒の一部がピントリングになっているヘリコイド方式のものと、鏡筒の中心軸線に垂直な方向に延在する軸部材にピニオンと合焦ハンドルを設けたラックピニオン方式のものが多い。このうちラックピニオン方式は、天体望遠鏡のような大口径、長鏡筒の望遠鏡に用いるのに優れた方式である。

従来、手動操作で生じる振動を防止するために電動化したラックピニオン方式の合焦機構では、ピニオンをモータ側のギアに噛合させる構造がほとんどであった（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００１−７５０１６号公報

従来構造の多くは、簡単に電動化ができる反面、手動でスムーズに操作するにはピニオンとモータ側ギアの結合を一時緩める必要があり、電動と手動を頻繁に切り替えることができない。これは、天体望遠鏡のように屋外で使用する機械の場合、バッテリー切れにより操作不能になることを示し、また、電動で粗動、微動を行うためにボリュームを回し、大電流を要求されるため、余計バッテリー切れを起こしやすいものであった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電動と手動を自動的に切り替えることができる移動機構とこれを有する光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ハウジングに回転可能に保持された軸部材と、該軸部材に接触する応動部材と、前記軸部材の周部に設けられ、該軸部材の径方向外方に延在し周方向に並ぶ複数のローラー軸と、該ローラー軸に回転自在にそれぞれ保持された複数のローラーと、前記ハウジングに回転可能に保持され、回転中心線が前記軸部材の回転中心線と一致し、前記ローラーに接触する第１動力伝達面部を有し、前記ハウジングの外部から手動操作可能な微動ハンドルと、前記軸部材に回転可能に保持され、前記ローラーに接触すると共に該ローラーを挟んで前記第１動力伝達面部と対向する第２動力伝達面部を有し、前記ハウジングに固定されたモータに１つ以上のギアを介して連結され、前記モータを駆動して電動操作することができる動力伝達ギアとを備え、前記微動ハンドルを手動操作した時、前記第１動力伝達面部の回転力が、摩擦により前記ローラーの回転力として伝達し、前記第２動力伝達面部に対して前記ローラーが転動することで前記微動ハンドルの回転を前記軸部材に減速して伝達し、前記動力伝達ギアを電動操作した時、前記第２動力伝達面部の回転力が、摩擦により前記ローラーの回転力として伝達し、前記第１動力伝達面部に対して前記ローラーが転動することで前記動力伝達ギアの回転を前記軸部材に減速して伝達し、前記軸部材の回転により前記応動部材を移動させることを特徴とする移動機構を提供する。

また、本発明は、前記移動機構を有することを特徴とする光学装置を提供する。

本発明によれば、電動と手動を自動的に切り替えることができる移動機構とこれを有する光学装置を提供することができる。

以下、本願の第１及び第２実施形態に係る移動機構とこれを有する光学装置について図面を参照して説明する。第１及び第２実施形態に係る移動機構は望遠鏡のラックピニオン式合焦機構である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る移動機構及びその周辺の縦断面図である。

図２は、図１の移動機構のＡ−Ａ拡大断面図である。

図１は望遠鏡１のラックピニオン式合焦機構３とその周辺の構造を示しており、左側に不図示の対物レンズがあり、それを保持した鏡筒５がある。この一部にドローチューブ７が内嵌しており、ドローチューブ７は鏡筒５に対して対物レンズ光軸に沿って前後に摺動可能となっている。ドローチューブ７の後端に接眼レンズ装着筒９の前端が内嵌して固定され、接眼レンズ装着筒９の後端に接眼レンズ１１が装着されている。なお、本明細書中の説明における前後とは、図１における左右の方向であり、望遠鏡１における対物レンズ側と接眼レンズ側とにそれぞれ対応する。

図１及び図２に示されるように、鏡筒５の下方部分は合焦機構主要部を収容するハウジング５ａとなっている。ハウジング５ａには図２において左右両側にアーム部５ｂ、５ｃが形成され、両アーム部５ｂ、５ｃに丸い棒状の軸部材１３が回転可能に保持されている。軸部材１３の中央には、歯すじが軸部材１３の中心軸線に平行なピニオン１５が設けられている。ドローチューブ７の下部には、対物レンズ光軸方向に延在し、歯を下方に向けたラック１７が設けられ、ピニオン１５とラック１７が噛み合っている。

このような構成により、軸部材１３を回転させれば、ピニオン１５の回転運動がラック１７の直線運動に変換され、ドローチューブ７及びこれに固定された接眼レンズ装着筒９、接眼レンズ１１を光軸方向前後に移動させることができる。このようにして対物レンズと接眼レンズ１１との距離が変化することで合焦操作がなされる。なお、接眼レンズ１１の代わりにカメラ等の別の機器を取り付けることも可能であり（例えば、特開２００１−１４１９９０号公報を参照）、それによるピント移動もこの機構で合焦する。

また、図２で示すように、ハウジング５ａの左右両端は開口部５ｄ、５ｅとなっており、軸部材１３はアーム部５ｂ、５ｃより外側の開口部５ｄ、５ｅ内側付近にまで延在している。軸部材１３の左端には側面円形の粗動ハンドル１９が設けられ、粗動ハンドル１９が開口部５ｄを覆うように構成されている。軸部材１３の右端は円板状の拡径部２１となっており、その周部には径方向外方に延在し周方向に等間隔に並ぶ４つのローラー軸２３（同一部材であるため符号は１つで表す）が設けられている。ここで、ローラー軸２３は、内方端２３ａを拡径部２１の周部に形成された４つの穴にそれぞれ嵌入することで拡径部２１に固定されている。

ローラー軸２３の中間部分に４つのローラー２５（同一部材であるため符号は１つで表す）がそれぞれ外嵌してローラー軸２３に対して回転自在に保持されている。ローラー２５の回転中心線はローラー軸２３の中心軸線と一致しており、軸部材１３の回転中心線と直交している。ローラー２５の両平側面は拡径部２１の周面とローラー軸２３の外方端２３ｂとにそれぞれ接触しており、ローラー２５が拡径部２１の径方向外方にはずれないようになっている。ローラー２５は、ゴム等の弾性体を金属筒の周部に固着したものであり、その周面が後述する第１動力伝達面部と第２動力伝達面部とに接触している。ここで、ローラー軸２３及びローラー２５の数は４つに限定されることはなく、２つ以上であればいくつでも良い。ガタを抑えるためには、３つ以上にすることが好ましい。

ハウジング５ａの開口部５ｅには、これを覆う側面円形の微動ハンドル２７が回転可能に係合している。ここで、開口部５ｅの外周面には周方向に延びる溝５ｆが形成されており、微動ハンドル２７の周部２７ａが開口部５ｅ外周面に接触すると共に、周部２７ａに形成された凸部２７ｂが溝５ｆに挿入されている。微動ハンドル２７と開口部５ｅとの係合部分が以上のように構成されているため、微動ハンドル２７に所定以上の回転力を加えることにより、開口部５ｅとの係合部分の接触面に働く摩擦力を受けながら微動ハンドル２７を回転させることができる。微動ハンドル２７の回転中心線は軸部材１３の回転中心線に一致している。微動ハンドル２７は、開口部５ｅ内側に突出する円柱状部２７ｃを有し、円柱状部２７ｃの端面（ピニオン１５側の面）がローラー２５に接触する第１動力伝達面部２７ｄとなっている。

軸部材１３には、拡径部２１の左側に円板状の動力伝達ギア２９が外嵌して回転可能に保持されている。動力伝達ギア２９の右平端面は、ローラー２５に接触すると共にローラー２５を挟んで第１動力伝達面部２７ｄと対向する第２動力伝達面部２９ａとなっている。なお、第１動力伝達面部２７ｄと第２動力伝達面部２９ａとに接触しているのはローラー２５のみであり、拡径部２１の両平端面はローラー２５の外周面より僅かにローラー２５の径方向内方にあり、両動力伝達面部２７ｄ、２９ａとは接触していない。

軸部材１３には、動力伝達ギア２９の左側に波形バネ３１とワッシャ３３とが外嵌している。ワッシャ３３は、軸部材１３に形成した段部１３ａによりピニオン１５側への移動が抑制されている。動力伝達ギア２９は、ワッシャ３３により加圧された波形バネ３１によってピニオン１５側から押圧され、ピニオン１５側からローラー２５を押圧している。さらにローラー２５は第１動力伝達面部２７ｄに加圧している。

アーム部５ｃの下方部はさらに下方に延在して板状部５ｇとなっており、板状部５ｇに電動モータ３５が螺子等により固定されている。モータ３５の軸にはギア３７が取り付けられており、このギア３７が動力伝達ギア２９と噛み合っている。なお、モータ側ギアは複数で構成されていてもよい。

微動ハンドル２７はローラー２５よりも径方向外方でハウジング５ａの開口部５ｅに係合しており、動力伝達ギア２９はローラー２５よりも径方向外方でギア３７に噛合している。微動ハンドル２７と開口部５ｅとの係合部分は、動力伝達ギア２９とギア３７との噛合部分よりさらに径方向外方にある。また、ギア３７は動力伝達ギア２９よりも小径の歯車である。粗動ハンドル１９、微動ハンドル２７はハウジング５ａの外部からピニオン１５を手動で回転操作可能であり、動力伝達ギア２９はモータ３５を駆動してギア３７を回転させることによりローラー２５を回転させ、ローラー２５の回転力が第１動力伝達面部２７ｄと拡径部２１に働き、第１動力伝達面部２７ｄの反作用により拡径部２１が回転する。これにより、電動操作することができる。

このような構成により、ローラー２５と第１動力伝達面部２７ｄ（微動ハンドル２７）との間、ローラー２５と第２動力伝達面部２９ａ（動力伝達ギア２９）との間には、摩擦力を利用してローラー２５を転動させることで回転を伝達する経路が構成される。

以下にこの経路部分の動作について説明する。

粗動ハンドル１９を回転させた時、ピニオン１５付きの軸部材１３が直接回転し、上述のようにラック１７やドローチューブ７等が光軸方向前後に移動する。この移動速度を、後述する微動時、電動時の移動速度と比較して比率１とする。粗動時、拡径部２１に固定されているローラー軸２３に保持されているローラー２５は、微動ハンドル２７と動力伝達ギア２９とのいずれか回転起動に要するトルクの小さい方を、動力伝達面部２７ｄ又は２９ａとの摩擦により軸部材１３の回転に連動して回転させる。回転起動に要するトルクの大きい方は回転せず、その動力伝達面部は固定面となる。

また、粗動ハンドル１９に所定量を超える回転力が加わると、ローラー２５と接触面との間に滑りが生じ、ギア３７やモータ３５等にそれらを破壊するような力は加わらない。即ち、ローラー２５と第１動力伝達面部２７ｄは接触部分に働く回転力が所定量を超えると互いにスリップし、ローラー２５と第２動力伝達面部２９ａは接触部分に働く回転力が所定量を超えると互いにスリップするように構成されている。

微動ハンドル２７を回転させた時、第１動力伝達面部２７ｄは、摩擦によりローラー２５を回転させる。一方、第２動力伝達面部２９ａはモータ３５と連動しており、モータ３５の回転規制力を受け、固定面となっている。そこで、ローラー２５が回転するとローラー２５と第２動力伝達面部２９ａとの反力により第２動力伝達面部２９ａに対して転動し、ローラー２５を保持した軸部材１３が回転する。なお、この構成では、微動ハンドル２７の回転を軸部材１３に減速して伝達する。動力伝達ギア２９は、ローラー２５から受ける回転力に対してギア３７との噛合部分に働く反力によって回転が規制され、固定面となる。ここで、上述のように動力伝達ギア２９とギア３７との噛合部分はローラー２５よりも径方向外方にあり、またギア３７は動力伝達ギア２９よりも小径の歯車であるため、反力による回転規制は容易となる。

なお、本実施形態による構成では、上記粗動時の粗動ハンドル１９と同速度で微動ハンドル２７を回転させた場合、ローラー軸２３及びそれらが固定された軸部材１３は、微動ハンドル２７の１／２の速度で回転することになる。結果として、ドローチューブ７等の移動は、粗動に対して移動速度１／２の微動になる。

動力伝達ギア２９を電動で回転させた時、第２動力伝達面部２９ａは、摩擦によりローラー２５を回転させる。一方、第１動力伝達面部２７ｄは、微動ハンドル２７の凸部２７ｂと溝５ｆとの間に生ずる摩擦又は係止力により、固定面となる。そこで、ローラー２５が回転するとローラー２５と第１動力伝達面部２７ｄとの反力により第１動力伝達面部２７ｄに対して転動し、ローラー２５を保持した軸部材１３が回転する。なお、この構成では、動力伝達ギア２９の回転を軸部材１３に減速して伝達する。微動ハンドル２７は、ローラー２５から受ける回転力に対して開口部５ｅとの係合部分に働く反力によって回転が規制され、固定面となる。ここで、上述のように微動ハンドル２７と開口部５ｅとの係合部分は、ローラー２５よりも径方向外方にあり、また動力伝達ギア２９とギア３７との噛合部分よりもさらに径方向外方にあるため、反力による回転規制は容易となる。

なお、本実施形態による構成では、上記粗動時の粗動ハンドル１９と同速度でギア３７を電動回転させた場合、所定の減速比、例えば１／４で動力伝達ギア２９が回転すると、ローラー軸２３及びそれらが固定された軸部材１３は、動力伝達ギア２９の１／２の速度で回転することになる。つまり軸部材１３はモータ軸の１／８の減速比で回転し、結果、ドローチューブ７等の移動は、粗動に対して移動速度１／８となる。

なお、微動、電動のいずれの場合も、粗動時と同様に、所定量を超える回転力に対してはローラー２５と接触面とがスリップする構成によって故障を防ぐことができる。粗動ハンドル１９等に急激な力が加わっても故障を防止できるこの構成により、例えば、動力伝達ギア２９の電動操作中に粗動ハンドル１９の手動操作が可能となる。また動力伝達ギア２９の電動操作中に微動ハンドル２７の手動操作が可能となる。つまり、電動駆動中に手動操作してもスリップしない回転力の範囲では任意に軸部材１３の回転量を調整することが可能であり、それ以上では軸部材１３がスリップを伴いながら動く。なお、ローラー２５と第１及び第２動力伝達面部２７ｄ、２９ａとの摩擦力はワッシャ３３の厚みを変えることで調整できるので、必要な摩擦力を発生させることができる。

以上のように、第１実施形態によれば、何ら特別な切り替え操作を行うことなく、電動と手動を自動的に切り替えることができるラックピニオン式合焦機構３とこれを有する望遠鏡１を提供することができる。また、電動と手動を同時に行うこともできる。また、粗動と微動の機構を備え、さらに十分な操作性、望遠鏡のサイズを維持したまま電動機構を組み込むことができる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る移動機構の拡大横断面図である。

第２実施形態は、軸部材１３に第２の粗動ハンドル３９が設けられている点以外は第１実施形態と略同じ構成である。したがって重複する説明は省き、図面の符号も一部省略し、第１実施形態と同じ部分は同一符号で示す。

微動ハンドル４１には中央に貫通孔４３が形成されている。軸部材１３の右端は拡径部２１よりさらに先へ延びており（拡径部から左側の構成は第１実施形態と同一であるため同一符号で表す）、貫通孔４３内を延在して先端に第２の粗動ハンドル３９が固定されている。この構成により、粗動操作は微動ハンドル４１側でも可能となる。第２実施形態においても、電動と手動の自動切り替えが可能な動力伝達機構をコンパクトに内蔵していることは第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。

なお、第１及び第２実施形態に係る移動機構は望遠鏡のラックピニオン式合焦機構であるが、本発明の移動機構はこれに限られるものではない。例えば、本発明の移動機構は天体望遠鏡、顕微鏡、カメラ、測量器等、様々な光学装置に利用できるものである。また移動機構はレンズ等を移動させるものであっても、他の部材を移動させるものであってもよい。例えば顕微鏡の移動機構は、被載置部材を載置するステージの移動に用いることができる。

また、軸部材と応動部材との接触部分の構成はラックピニオンに限られず、例えば摩擦ローラーで構成することもできる。

なお、本発明を分かり易く説明するために実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものでないことは言うまでもない。

第１実施形態に係る移動機構及びその周辺の縦断面図である。 図１の移動機構のＡ−Ａ拡大断面図である。 第２実施形態に係る移動機構の拡大横断面図である。

符号の説明

１ 望遠鏡
３ ラックピニオン式合焦機構
５ａ ハウジング
７ ドローチューブ
１３ 軸部材
１５ ピニオン
１７ ラック
１９ 粗動ハンドル
２１ 拡径部
２３ ローラー軸
２５ ローラー
２７ 微動ハンドル
２７ｄ 第１動力伝達面部
２９ 動力伝達ギア
２９ａ 第２動力伝達面部
３５ モータ
３７ ギア
３９ 第２の粗動ハンドル

Claims (12)

1. ハウジングに回転可能に保持された軸部材と、
   該軸部材に接触する応動部材と、
   前記軸部材の周部に設けられ、該軸部材の径方向外方に延在し周方向に並ぶ複数のローラー軸と、
   該ローラー軸に回転自在にそれぞれ保持された複数のローラーと、
   前記ハウジングに回転可能に保持され、回転中心線が前記軸部材の回転中心線と一致し、前記ローラーに接触する第１動力伝達面部を有し、前記ハウジングの外部から手動操作可能な微動ハンドルと、
   前記軸部材に回転可能に保持され、前記ローラーに接触すると共に該ローラーを挟んで前記第１動力伝達面部と対向する第２動力伝達面部を有し、前記ハウジングに固定されたモータに１つ以上のギアを介して連結され、前記モータを駆動して電動操作することができる動力伝達ギアとを備え、
   前記微動ハンドルを手動操作した時、前記第１動力伝達面部の回転力が、摩擦により前記ローラーの回転力として伝達し、前記第２動力伝達面部に対して前記ローラーが転動することで前記微動ハンドルの回転を前記軸部材に減速して伝達し、
   前記動力伝達ギアを電動操作した時、前記第２動力伝達面部の回転力が、摩擦により前記ローラーの回転力として伝達し、前記第１動力伝達面部に対して前記ローラーが転動することで前記動力伝達ギアの回転を前記軸部材に減速して伝達し、
   前記軸部材の回転により前記応動部材を移動させることを特徴とする移動機構。
2. 前記微動ハンドルは前記ローラーよりも径方向外方で前記ハウジングに係合し、
   前記動力伝達ギアは前記ローラーよりも径方向外方で前記ギアに噛合しており、
   前記微動ハンドルを手動操作した時、前記動力伝達ギアは、前記ローラーから受ける回転力に対して前記ギアとの噛合部分に働く反力によって回転が規制され、
   前記動力伝達ギアを電動操作した時、前記微動ハンドルは、前記ローラーから受ける回転力に対して前記ハウジングとの係合部分に働く反力によって回転が規制されていることを特徴とする請求項１に記載の移動機構。
3. 前記軸部材に設けられ、前記ハウジングの外部から手動操作可能な粗動ハンドルを備え、
   前記粗動ハンドルを手動操作した時、前記ローラーは、前記微動ハンドルと前記動力伝達ギアとのいずれか回転起動に要するトルクの小さい方を摩擦により前記軸部材の回転に連動して回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動機構。
4. 前記ローラーと前記第１動力伝達面部は接触部分に働く回転力が所定量を超えると互いにスリップし、
   前記ローラーと前記第２動力伝達面部は接触部分に働く回転力が所定量を超えると互いにスリップすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の移動機構。
5. 前記動力伝達ギアの電動操作中に前記微動ハンドルの手動操作が可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の移動機構。
6. 前記動力伝達ギアの電動操作中に前記粗動ハンドルの手動操作が可能であることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の移動機構。
7. 前記ローラー軸は３本以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の移動機構。
8. 前記軸部材には第２の粗動ハンドルが設けられていることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の移動機構。
9. 前記軸部材の回転により該回転の中心線と略直交する方向に前記応動部材を並進移動させることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の移動機構。
10. 前記軸部材には前記応動部材に設けられたラックに噛合するピニオンが設けられていることを特徴とする請求項９に記載の移動機構。
11. 前記移動機構は光学装置における合焦機構であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の移動機構。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の移動機構を有することを特徴とする光学装置。

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