JP2009244620A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学機器の大型化や、光軸方向に移動する筒部材の駆動遅れ及び位置精度の低下を招くことなく、ヘリコイドねじのスラスト方向のガタを低減する。
【解決手段】光学機器は、第１のヘリコイドねじ２ｅが形成された第１の筒部材２と、第１のヘリコイドねじに係合する第２のヘリコイドねじ１ｄが形成された第２の筒部材１とを有し、これら筒部材の光軸回りでの相対回転によって該筒部材が光軸方向に相対移動する。第１及び第２のヘリコイドねじはそれぞれ、複数条のねじ山を含む多条ヘリコイドねじである。第１のヘリコイドねじの２つのねじ山２ｄの間に、１つのねじ溝よりも幅が広く、ねじ山を含まない非ねじ領域が設けられ、該非ねじ領域に、第１の筒部材により保持され、第１の筒部材と第２の筒部材との間に第１及び第２のヘリコイドねじを互いにスラスト方向にて圧接させる押圧力を発生させる押圧機構３０が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、カメラや交換レンズ等の光学機器に関し、特にヘリコイド機構を用いてレンズを移動させる光学機器に関する。

カメラ等の光学機器において焦点調節や変倍のためにレンズを光軸方向に移動させるためにヘリコイド機構が用いられる場合がある。ヘリコイド機構は、例えばレンズを保持したオスヘリコイドねじが形成されたレンズ保持筒を、メスヘリコイドねじが形成された固定筒に対して光軸回りで回転させることで、ヘリコイドねじの送り作用によってレンズ保持筒を光軸方向に移動させる。

ただし、ヘリコイド機構を両ヘリコイドねじがスラスト方向及びラジアル方向にガタなく係合するように製作するのは容易ではない。ラジアル方向でのガタが存在すると、レンズ保持筒の中心が固定筒の中心に対してずれてしまう。また、スラスト方向でのガタが存在すると、バックラッシの原因になる上、レンズ保持筒の中心軸が固定筒の中心軸に対して傾いてしまう。そして、これらのいずれも、レンズ制御性や光学性能を悪化させる原因になる。

特許文献１にて開示された光学機器では、オスヘリコイドねじのねじ山の一部を切り欠き、該切り欠き内に、ヘリコイドねじのリードに沿った方向に延びる円弧状のガタ取り用線ばねを配置している。線ばねがオスヘリコイド筒とメスヘリコイド筒との間で突っ張ることで、ヘリコイドねじのラジアル方向でのガタを低減している。

また、特許文献２にて開示された光学機器では、オスヘリコイド筒の一部に形成した弾性片上にオスヘリコイドねじを形成し、メスヘリコイド筒に形成したメスヘリコイドねじに上記オスヘリコイドねじを押圧することで、ヘリコイドねじのガタを低減する。

さらに、特許文献３にて開示された光学機器では、ヘリコイド結合された一対の筒体のうち、一方の筒体を２体化し、２体化した筒体を光軸方向に離間する方向に付勢することで、他方の筒体とのガタを抑制する。
特開平０２−２０７２０７公報 特開２００４−２６４６５７号公報 特開平０８−３０４６８８号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された光学機器では、ラジアル方向のガタを低減することは可能であるが、スラスト方向のガタを低減することはできない。また、特許文献２にて開示された光学機器では、片持ち形状の弾性片上にオスヘリコイドねじが形成されているため、弾性片の弾性変形によってメスヘリコイド筒の駆動遅れや位置精度の悪化を招く可能性がある。

さらに、特許文献３にて開示された光学機器では、一方の筒体を２体化して弾性部材で連結する構成を採用するため、該筒体が光軸方向に長くなり、光学機器の大型化を招くおそれがある。

本発明は、光学機器の大型化や、光軸方向に移動する筒部材の駆動遅れ及び位置精度の低下を招くことなく、ヘリコイドねじのスラスト方向のガタを低減できるようにした光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、第１のヘリコイドねじが形成された第１の筒部材と、該第１のヘリコイドねじに係合する第２のヘリコイドねじが形成された第２の筒部材とを有し、該第１及び第２の筒部材の光軸回りでの相対回転によって該第１及び第２の筒部材が光軸方向に相対移動する。第１及び第２のヘリコイドねじはそれぞれ、複数条のねじ山を含む多条ヘリコイドねじである。そして、第１のヘリコイドねじの２つのねじ山の間に、１つのねじ溝よりも幅が広く、ねじ山を含まない非ねじ領域が設けられ、該非ねじ領域に、第１の筒部材により保持され、該第１の筒部材と第２の筒部材との間に第１及び第２のヘリコイドねじを互いにスラスト方向にて圧接させる押圧力を発生させる押圧機構が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、多条ヘリコイドねじである第１のヘリコイドねじ内に非ねじ領域を設け、該非ねじ領域に押圧機構を配置する。これにより、光学機器の大型化、第２の筒部材の駆動遅れ及び位置精度の低下を招くことなく、ヘリコイドねじのスラスト方向のガタを良好に低減することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である光学機器としてのビデオカメラの構成を示している。同図において、２００はカメラ部であり、その内部には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成される撮像素子が配置されている。１００はカメラ部２００の前端に設けられたレンズ鏡筒部である。また、図２には、レンズ鏡筒部１００の外面を示している。

レンズ鏡筒部１００において、振動型モータ２０を保持する固定筒１０の内側には、第２の筒部材としてのメスヘリコイド筒１が配置されている。メスヘリコイド筒１の内周部には、第２のヘリコイドねじとしてのメスヘリコイドねじ１ｄが形成されている。また、メスヘリコイド筒１は、その後端部１ｃが固定筒１０の内径部１０ｂに嵌合し、前端のフランジ部１ｂが固定筒１０の固定面１０ａに不図示のビスにて締結されることにより、固定筒１０に対して固定されている。

また、メスヘリコイド筒１の周壁部には、２つの逃げ溝（貫通開口）１ａが形成されている。

また、メスヘリコイド筒１の内周には、第１の筒部材としてのオスヘリコイド筒２が配置されている。オスヘリコイド筒２の外周部には、第１のヘリコイドねじとしてのオスヘリコイドねじ２ｅが形成されている。オスヘリコイドねじ２ｅは、メスヘリコイドねじ１ｄに係合している。オスヘリコイド筒２は、フォーカスレンズ９を保持している。

オスヘリコイド筒２は、振動型モータ２０からの回転力が伝達される不図示の回転伝達部を有し、該回転力が伝達されることによってメスヘリコイド筒１に対して光軸ＡＸＬの回り（以下、光軸回りという）で回転する。オスヘリコイド筒２が回転すると、メスヘリコイドねじ１ｄとオスヘリコイドねじ２ｅの送り作用によってオスヘリコイド筒２、つまりはフォーカスレンズ９が光軸ＡＸＬの方向（以下、光軸方向という）に移動する。これにより、焦点調節を行うことができる。

振動型モータ２０は、カメラ部２００に設けられた不図示のコントローラによって制御される。コントローラは、撮像素子２０１を用いて得られた映像信号から得られる焦点評価値や、不図示の焦点検出ユニットからの信号に基づいて算出したデフォーカス量情報（又は被写体距離情報）に基づいて、振動型モータ２０を制御し、フォーカスレンズ９を移動させる。

ヘリコイドねじ１ｄ，２ｅはそれぞれ、複数条のねじ山が形成された多条ヘリコイドねじである。本実施例では、図８に示すように、ねじ山が２０°ごとに形成された１８条ヘリコイドねじである。

ただし、オスヘリコイド筒２（オスヘリコイドねじ２ｅ）では、図８に丸囲みの１〜１８で示す１８条のねじ山のうち、１，４，７，１０，１３及び１６番目のねじ山（図中に○印で示す）のみが実際に形成されている。すなわち、２，３，５，６，８，９，１１，１２，１４，１５，１７及び１８番目のねじ山（図中に×印で示す）は形成されていない。言い換えれば、図４に具体的に示すように、２条のねじ山２ｄの間に、１つのねじ溝（ここでは２つのねじ溝）よりもスラスト方向の幅が広く、ねじ山（ここでは２条のねじ山）を含まない非ねじ領域が設けられている。

図４には、非ねじ領域のうち、本来２，３，５，６，８，９，１１，１２，１４，１５，１７及び１８番目のねじ山が形成される部分２ｃをハッチングにより示している。非ねじ領域は、実際に形成された２条のねじ山の間の領域であって、本来ねじ山が形成される部分２ｃとこれに隣接するねじ溝とを含む領域である。

非ねじ領域は、例えば、１８条のねじ山をすべて形成した後、３条のねじ山のうち２条のねじ山の割合でねじ山を削り取ることによって形成される。非ねじ領域は、２，３，５，６，８，９，１１，１２，１４，１５，１７及び１８番目の１２条のねじ山を間引くことによって形成された領域ということもできる。

このように、オスヘリコイドねじ２ｅは、１８条のうち６条のねじ山のみが存在するように形成されている。したがって、仮にメスヘリコイド筒１に形成されたメスヘリコイドねじ１ｄが１８条のねじ山を有していても、オスヘリコイドねじ２ｅとメスヘリコイドねじ１ｄとが実際に噛み合っているのは６条のねじ山のみである。これにより、オスヘリコイドねじ２ｅとメスヘリコイドねじ１ｄとの摺動抵抗を軽減することができる。このため、オスヘリコイド筒２を回転駆動する振動型モータ２０に要求される駆動力を低減することができ、この結果、振動型モータ２０を小型化することができる。

オスヘリコイド筒２のうち非ねじ領域に相当する部分には、オスヘリコイド筒２の外周面の接線に平行に延びる平面部２ｂが形成されている。そして、平面部２ｂには、押圧機構３０が配置される。

押圧機構３０は、図２〜図５に示すように、ベース部材３と、可動部材４と、ねじりコイルバネ５と、２つのローラ（当接部材）８とにより構成されている。なお、図２及び図５中のＸ方向はヘリコイドねじ１ｄ，２ｅのフランク（側面）に直交する方向を示し、Ｙ方向は該フランクに沿った方向を示す。また、Ｘ′方向は、ヘリコイドねじ１ｄ，２ｅのスラスト方向（軸方向のうち一方の側）であり、本実施例では、光軸方向と平行な方向である。

ベース部材３は、２つのビス６によってオスヘリコイド筒２に固定される。ベース部材３は、ローラ８の軸方向（以下、上方向という）から見たときに、長手方向両側に凸部を、その間に凹部３ｆを有するＵ字形状の部材である。２つの凸部には、それぞれビス６が挿入される２つの貫通穴３ａと、可動部材４の外れを阻止するための突起３ｂ（図５参照）が形成されている。また、ベース部材３の裏面には、オスヘリコイド筒２に対する位置決めを行うための位置決めピン３ｃが形成されている。さらに、一方の凸部における貫通穴３ａの周囲には、ねじりコイルバネ５のコイル部５ａを保持するばね保持部３ｄが形成されている。

可動部材４は、上方向から見たときに、長手方向両側に凸部を、その間に凹部４ｆを有するＵ字形状の部材である。可動部材４は、ベース部材３に対してＸ方向に移動（スライド）可能に組み合わされ、突起４ｄが前述したベース部材３の突起３ｂの下側に配置されることによって、ベース部材３に対する上方への外れが阻止される。可動部材４には、２つのローラ固定ビス７のねじ部７ｂが挿入されるねじ穴4ａと、ねじりコイルバネ５の２つの腕部５ｂ−１，５ｂ−２が当接するバネ受け部４e−１，４ｅ−２が形成されている。

ねじりコイルバネ５は、コイル部５ａと、該コイル部５ａから延びる２本の腕部５ｂ−１，５ｂ−２とを有する。

２つのローラ固定ビス７の軸部７ａは、２つのローラ８の内径部８ａに挿入される。そして、ローラ固定ビス７のねじ部７ｂが可動部材４のねじ穴4ａ挿入されることで、２つのローラ８が可動部材４に回転可能に取り付けられる。このように、ローラ８が取り付けられた可動部材４が、オスヘリコイド筒２に固定されたベース部材３によってＸ方向に移動可能に保持されているため、ローラ８は、オスヘリコイド筒２によってＸ方向に移動可能に保持されているということもできる。

コイル部５ａがベース部材３のばね保持部３ｄにより保持されたねじりコイルバネ５の２つの腕部５ｂ−１，５ｂ−２が可動部材４の腕受け部４e−１，４ｅ−２をＸ方向に押すことにより、２つのローラ８は、オスヘリコイド筒２に対してＸ方向に付勢される。

このように構成された押圧機構３０は、オスヘリコイド筒２おける光軸ＡＸＬを挟んだ両側（上下）に２つ設けられる。ただし、本発明において、押圧機構の数は１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

各押圧機構３０のローラ８は、前述したようにメスヘリコイド筒１に形成された各逃げ溝（凹部）１ａ内に収容される。逃げ溝１ａは、メスヘリコイド筒１におけるメスヘリコイドねじ１ｄが形成された領域内に、オスヘリコイド筒２に形成された非ねじ領域に対向するように形成されている。また、逃げ溝１ａは、メスヘリコイドねじ１ｄの１８条のねじ山のうち少なくとも１条のねじ山を含まない（形成しない）領域に形成されている。

逃げ溝１ａは、Ｘ方向（及びＸ′方向）においてメスヘリコイドねじ１ｄの１ピッチよりも幅広に形成されており、メスヘリコイドねじ１ｄのフランクに沿って延びる内側面（当接面）１ｅを有する。

各押圧機構３０に設けられた２つのローラ８は、逃げ溝１ａの内側面１ｅに当接する。これにより、ねじりコイルバネ５によって付勢されたローラ８がメスヘリコイド筒１をＸ方向に押すが、メスヘリコイド筒１は固定筒１０に固定されているので、オスヘリコイド筒２はその反作用によってＸ方向とは反対方向に押される。そして、オスヘリコイド筒２とメスヘリコイド筒１との間に発生したこの押圧力は、オスヘリコイドねじ２ｅのフランクとメスヘリコイドねじ１ｄのフランクを互いにＸ方向にて圧接させる。

なお、Ｘ方向は、スラスト方向であるＸ′方向を成分として含むので、Ｘ方向にて圧接させる（付勢する、押圧する）とは、Ｘ′方向にて当接させる（付勢する、押圧する）と同義である。Ｘ方向に移動可能やＸ方向にて当接するについても、同様に、Ｘ′方向に移動可能やＸ′方向にて当接すると同義である。

以上のように構成された押圧機構３０により、オスヘリコイドねじ２ｅとメスヘリコイドねじ１ｄの間のスラスト方向のガタを低減することができ、この結果、高精度なフォーカスレンズ９の位置制御を行うことができる。

次に、レンズ鏡筒部１００の組み立て手順について、図３及び図５〜図７を用いて説明する。

まず、メスヘリコイド筒１のメスヘリコイドねじ１ｄにオスヘリコイド筒２のオスヘリコイドねじ２ｅを係合させながら、オスヘリコイド筒２をメスヘリコイド筒１の内周に挿入する。このとき、図３に示すように、オスヘリコイド筒２に形成された平面部２ｂが、メスヘリコイド筒１に形成された逃げ溝１ａに対向するように両筒１，２の位置を合わせる。

次に、図３に示すように、逃げ溝１ａを通して、平面部２ｂ上に、２つのローラ８を取り付けた可動部材４を配置する。その後、ベース部材３を逃げ溝１ａを通して平面部２ｂに近づけ、ベース部材３の一方の凸部を可動部材４の凹部４ｆ内に配置するとともに、ベース部材３の位置決めピン３ｃを平面部２ｂに形成された不図示の位置決め穴に挿入する。これにより、図７に示すように、ベース部材３の突起３ｂが可動部材４の突起４ｄを上から覆い、可動部材４は平面部２ｂに垂直な方向（上方向）に微小なクリアランスｃを保ちつつ上方への外れが阻止される。

この状態において、可動部材４は、オスヘリコイド筒２の平面部２ｂ上において、Ｙ方向に、ベース部材片３の凸部と可動部材４の突起部４ｄとの間のガタ量±aの範囲で移動可能である。また、Ｘ方向においては、図５に示すように、逃げ溝１ａの内側面１ｅとローラ８の外周面８ｂとの間のクリアランスｂ１と、ベース部材３の凸部と可動部材４の凹部４ｆとの間のクリアランスｂ２との合計量の範囲で移動（スライド）可能である。

次に、ベース部材３のバネ保持部３ｄにねじりコイルバネ５のコイル部５ａを取り付けるとともに、ねじりコイルバネ５の腕部５ｂ−１，５ｂ−２を可動部材４のバネ受け部４ｅ−１，４ｅ−２に当接させる。

最後に、ビス６によりベース部材３をオスヘリコイド筒２に固定する。ビス６は、図７に示すように、その頭部の径がねじりコイルバネ５のコイル部５ａの径よりも大きいため、ねじりコイルバネ５のベース部材３からの外れを阻止する。

以上説明しように、本実施例では、押圧機構３０をオスヘリコイド筒２のオスヘリコイドねじ２ｅ内に設けた非ねじ領域に配置した。このため、レンズ鏡筒部１００の径方向及び光軸方向での大型化を招くことなく、ヘリコイドねじ１ｄ，２ｅ間のスラスト方向ガタを良好に低減することができる。

また、押圧機構３０のローラ８をメスヘリコイド筒１の周壁部に形成した逃げ溝１ａ内に収容し、該逃げ溝１ａの内側面１ｅにローラ８を当接させた。これにより、さらにレンズ鏡筒部１００の径方向での大型化を抑えることができる。

したがって、本実施例によれば、小型で、オスヘリコイド筒２（フォーカスレンズ９）の駆動遅れが少なく、かつ良好なフォーカス精度が得られるビデオカメラを実現することができる。

また、押圧機構３０において、付勢部材としてねじりコイルバネ５を使用したので、非ねじ領域という狭いスペースに押圧機構３０を配置した場合でも、大きな付勢力（押圧力）を得ることができる。

なお、押圧機構３０にて発生した押圧力は、ローラ８とメスヘリコイド筒１に形成された逃げ溝１ａの内側面１ｅとの間、及びオスヘリコイドねじ２ｅとメスヘリコイドねじ１ｄとの間に分散して作用する。このため、これらの押圧力が作用する部分における長期間の使用に伴う摩耗は少なく、経年変化によるフォーカス精度の劣化も少ない。

以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

例えば、上記実施例では、１８条ヘリコイドねじを使用する場合について説明したが、本発明における多条ヘリコイドねじの条数は１８以外であってもよい。また、上記実施例における間引くねじ山の条数や割合も例であり、非ねじ領域を２条以上（例えば、３条）のねじ山を含まない領域とする等、任意に設定可能である。

また、上記実施例では、押圧機構３０に設けられたローラ（回転体）８をメスヘリコイド筒１に形成された逃げ溝１ａの内側面１ｅに当接させる構成について説明した。しかし、ローラ８の代わりに、低摩擦材により形成されたスライダを逃げ溝１ａの内側面１ｅに当接させ、これらを摺動させるようにしてもよい。

また、上記実施例では、オスヘリコイドねじの一部のねじ山を間引いて非ねじ領域をオスヘリコイド筒上に形成する場合について説明した。しかし、メスヘリコイドねじの一部のねじ山を間引いて非ねじ領域をメスヘリコイド筒上に形成し、メスヘリコイド筒上に押圧機構を設けてもよい。この場合、オスヘリコイド筒に、押圧機構にスラスト方向にて当接する当接面を形成する。

さらに、上記実施例では、オスヘリコイド筒をメスヘリコイド筒に対して光軸回りで回転させながら光軸方向に移動させる場合について説明した。しかし、本発明は、オスヘリコイド筒とメスヘリコイド筒との光軸回りでの相対回転によってオスヘリコイド筒とメスヘリコイド筒とを光軸方向に相対移動させるのであれば、他の構成を有する光学機器にも適用することができる。例えば、オスヘリコイド筒及びメスヘリコイド筒のうち一方を回転させて、他方を光軸方向に移動させてもよい。

また、上記実施例では、メスヘリコイド筒１の周壁部を貫通する凹部としての逃げ溝１ａを設けた場合について説明したが、凹部を周壁部を貫通しない形状に形成し、該凹部内に当接面を設けてもよい。この場合には、オスヘリコイド筒２に押圧機構３０を組み付けた後、オスヘリコイド筒２をメスヘリコイド筒１に挿入すればよい。

さらに、上記実施例では、レンズ鏡筒部１００がカメラ部２００に一体的に固定されたビデオカメラについて説明したが、本発明は、デジタルスチルカメラ、交換レンズ、双眼鏡及び投射レンズを有するプロジェクタ等の他の光学機器にも適用することができる。

本発明の実施例であるビデオカメラの構成を示す断面図。 実施例におけるレンズ鏡筒部の上面図。 実施例における押圧機構の分解斜視図。 実施例におけるオスヘリコイド筒及び押圧機構の斜視図。 実施例における押圧機構の組み立て途中の状態を示す上面図。 実施例における押圧機構の組み立て完了状態を示す上面図。 図６に示す押圧機構のＡ−Ａ線での断面図。 実施例において間引かれるねじ山を示す模式図。

符号の説明

１ メスヘリコイド筒
１ａ 逃げ溝
１ｄ メスヘリコイドねじ
２ オスヘリコイド筒
２ｂ 平面部
２ｃ 間引かれたねじ山の部分
２ｄ ねじ山
３ ベース部材
４ 可動部材
５ ねじりコイルバネ
８ ローラ
９ フォーカスレンズ
１０ 固定筒
２０ 振動型モータ
３０ 押圧機構

Claims (4)

1. 第１のヘリコイドねじが形成された第１の筒部材と、該第１のヘリコイドねじに係合する第２のヘリコイドねじが形成された第２の筒部材とを有し、該第１及び第２の筒部材の光軸回りでの相対回転によって該第１及び第２の筒部材が光軸方向に相対移動する光学機器であって、
   前記第１及び第２のヘリコイドねじはそれぞれ、複数条のねじ山を含む多条ヘリコイドねじであり、
   前記第１のヘリコイドねじのねじ山の間に、ねじ溝よりも幅が広く、ねじ山を含まない非ねじ領域が設けられ、
   該非ねじ領域に、前記第１の筒部材により保持され、該第１の筒部材と前記第２の筒部材との間に前記第１及び第２のヘリコイドねじを互いにスラスト方向にて圧接させる押圧力を発生させる押圧機構が設けられていることを特徴とする光学機器。
2. 前記第２の筒部材における前記第２のヘリコイドねじ部が形成された領域内に、前記押圧機構が前記スラスト方向において当接する当接面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記第２の筒部材の周壁部に凹部を形成し、該凹部内に前記当接面が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
4. 前記押圧機構は、
   前記第１の筒部材に対して前記スラスト方向に移動可能に取り付けられ、前記当接面に当接する当接部材と、
   該当接部材を前記スラスト方向に付勢する付勢部材とにより構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学機器。