JP2010048968A - レンズ駆動機構及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、高速化、安定化を図ることができるレンズ駆動機構を提供する。
【解決手段】フォーカス機構７０は、少なくとも一つの焦点合わせを行う撮影レンズ７５、撮影レンズ７２を保持するレンズホルダ７３、レンズホルダ７３を保持する保持部材７１、レンズホルダ７３と保持部材７１に取り付けられる片寄せばね７７を備える。また、フォーカス機構７０は、レンズホルダ７３を直進案内する直進案内軸７５を備える。そして、レンズホルダ７３は、直進案内軸７５の嵌合部７３ｃから延出する延出嵌合部７３ｄを有する。延出嵌合部７３ｄと片寄せばね７７のを係止するばねかけ部７３ｆは、直進案内軸７５に対して略対称位置にある。
【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ駆動機構及びそのレンズ駆動機構を備える撮像装置に関し、特に、焦点調節を行う、所謂フォーカス機構に多く利用されているレンズ駆動機構及び撮像装置に関する。

銀塩フィルムを用いるフィルムカメラや撮像素子を用いるデジタルカメラなどの撮像装置には、従来からレンズ鏡筒が広く利用されている。レンズ鏡筒は、非撮像時（即ち、カメラの電源がＯＦＦのとき）の小型化や、撮像時（即ち、カメラの電源がＯＮのとき）の焦点距離の変更のために、撮影（撮像）レンズの繰り出し及び繰り込みが可能となっている。

このレンズ鏡筒を用いることによって、例えば、撮影レンズの焦点距離を変更することができるズームカメラのみならず、焦点距離を固定した単焦点カメラであっても、非撮像時にカメラを小型化することが可能になる。

近年、市場の要求に伴い、ズームカメラは焦点距離の比（いわゆるズーム倍率）が大きくなる傾向にある。それ故に、カメラに備えられる撮影レンズの移動量（即ち、レンズの繰り出し量・繰り込み量）が大きくなる傾向にある。

同じくカメラの携帯性の向上という市場の要求に伴い、カメラの小型化が求められており、様々な小型化技術も開示されている。つまり、小型で高倍率のカメラの提供が求められている。

小型で高倍率のカメラを実現するためには、カメラに備えられるレンズ鏡筒の小型・高倍率化が必須である。前述のように、ズーム倍率の大きなカメラは、撮影レンズの移動距離が大きいことから、撮影レンズの駆動機構（レンズ駆動機構）も大型化してしまう傾向にある。この傾向はカメラの小型化（レンズ鏡筒の小型化）に対する傾向とは相反している。

また、撮影レンズの移動距離が大きくなるに伴って、撮影レンズの一つである焦点調節レンズ（いわゆるフォーカスレンズ。以後、焦点調節をフォーカスとする）の移動距離も大きくなっている。

フォーカスレンズの移動距離が大きくなると、フォーカスレンズを駆動するフォーカス機構（レンズ駆動機構）の駆動時間が長くなってしまう。そして、フォーカス機構の駆動時間が長くなってしまうと、ユーザーは折角のシャッターチャンスを逃してしまうこととなり、使い難いカメラとなってしまう。

フォーカス機構は、撮影時にピントを調節するため、フォーカスレンズの駆動・停止を行うが、フォーカスレンズを保持する部材の位置決めや機構的ガタがあると、安定した駆動・停止時に適切なピントを得られない。そして、ピントがずれるといわゆるピンボケ写真となる。それを防ぐためにも、フォーカス機構は駆動中にガタつくことなく安定した動作をする必要がある。

従って、市場の要求から、フォーカス機構は小型で高速動作を行う必要が生じており、また、フォーカス機構の動作は安定していなければならない。一般に、駆動機構を高速に動作させると機構的音ノイズが増えてしまう。つまり、高速化技術とは、機構的音ノイズの低減（即ち、静音化）の技術を内包しなければならない。

以上の流れから、フォーカス機構は、高速化・安定のために様々な技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、フォーカス駆動機構に生じやすいスリップスティックの発生を防ぎ、安定した駆動動作を行い、良好な制御性を有する鏡筒が開示されている。

また、特許文献２には、簡単な構造でレンズ駆動装置のレンズの倒れを小さくする技術が開示されている。

また、特許文献３には、沈胴式のレンズ鏡筒において、フォーカス機構を駆動スクリューにて動作させるレンズ駆動装置が開示されている。
特開平７−１５１９４７号公報 特開２００４−７７７０５号公報 特開２００７−２１９１４７号公報

しかし、上記特許文献１に開示された技術では、駆動スクリューと片寄せばねを同軸に配置するため、フォーカス機構が大型化してしまい、ひいてはカメラの大型化につながってしまうという課題があった。

また、上記特許文献２に開示された技術では、摺動軸が軸保持体から飛び出してしまうので、フォーカス機構を備えるレンズ鏡筒が必然的に大きくなってしまい、カメラが大型化するという課題があった。

また、上記特許文献３に開示された技術では、次のような課題がある。

以下、図１４乃至図１７を用いてその課題に関する技術のみ説明する。

図１４は、従来例に係るレンズ駆動機構（フォーカス機構）の正面図である。

レンズ駆動機構は、レンズホルダ１００、直進案内軸１０１、駆動スクリュー１０２、弾性部材（片寄せばね）１０３、保持部材１０４を備える。

図１５は、図１４におけるレンズホルダが最も繰り込んだ位置での上面図である。

ナット１０５は、レンズホルダ１００に備えられる溝部に保持される。

図１６は、図１４のＺ−Ｚ線断面図である。

説明を容易にするため、レンズホルダ１００、直進案内軸１０１、駆動スクリュー１０２のみ示す。

図１６において、一般に、レンズ駆動機構は、直進案内軸１０１とレンズホルダ１００の嵌合長Ｅが長いほど安定した駆動が可能となる。

これをわかり易く説明した概念図が図１７である。

レンズホルダ１００には、片寄せばね１０３がかけられているため、Ｆ方向に回転する。これにより、レンズホルダ１００と直進案内軸１０１は嵌合しているが、微視的見地に立つと図１７のように隙間Ｇが生じている。しかしながら、駆動スクリュー１０２とナット１０５とは送りねじにて結合しているため、ガタは非常に小さい。つまり、平行に近い状態を保つ。

この状態で、駆動スクリュー１０２が回転し、送りねじ機構によってレンズホルダ１００が進退すると、特に、嵌合長Ｅが短いときは、レンズホルダ１００の直進案内軸１０１に対する傾きが大きくなってしまい、最悪はスリップスティック現象を起こしてしまう。つまり、隙間Ｇの量が同じであれば嵌合長Ｅが長いほど駆動動作が安定する。

上記の隙間Ｇを無くし、送りねじ機構の動作を安定させるために、片寄せばね１０３が配置されているが、レンズホルダ１００は、撮影時には光軸方向に進退するために、片寄せばね力は常に変化する。特に、最も繰り込んだレンズホルダ１００の位置と、最も繰り出したレンズホルダ１００の位置では、片寄せばね力には大きな差が生まれてしまう。

つまり、片寄せばね１０３のばね力の違い、即ち、レンズホルダ１００の位置によってレンズホルダ１００の駆動安定性が変化することになる。一般に、片寄せばね力が強いほどレンズホルダ１００の駆動が安定するため、片寄せばね１０３は強いほど良い。

よって、レンズホルダ１００の駆動を安定させるには、最もレンズホルダ１００が繰り込んだ状態であっても、ばね力が十分に作用するだけの片寄せばね１０３を使用する必要があった。

しかし、最も繰り込んだ状態で十分なばね力を発生させる片寄せばね１０３は、最も繰り出した状態でばね力が強くなり過ぎてしまうという課題があった。

レンズホルダ１００を駆動するための駆動モータは、通常、ステッピングモータが利用されている。ステッピングモータは、発生トルクが大きくなるほどに回転速度が遅くなってしまう傾向にある。

つまり、ステッピングモータをレンズホルダ１００の駆動に用いた場合には、レンズホルダ１００を駆動するための必要トルクが大きいほど、レンズホルダ１００の駆動速度が遅くなってしまう。

そのため、前述のように、最も繰り出した状態で片寄せばね力が大きいと、駆動モータの回転速度を遅くせざるを得なくなり、その結果として、片寄せによる安定化と引き換えにレンズホルダ１００の駆動速度が遅くなってしまうという課題があった。

レンズホルダ１００の駆動速度を高めるためには、駆動モータを大型化する技術的解決策もあるが、フォーカス駆動機構が大型化してしまいカメラが大きくなってしまう。また、駆動するための消費電力が大きくなってしまうという課題があった。

つまり、レンズホルダ１００を最も繰り込んだ状態では安定化、レンズホルダ１００を最も繰り出した状態では高速化という状況を両立させる技術的課題があった。

本発明の目的は、小型で、高速化、安定化を図ることができるレンズ駆動機構を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のレンズ駆動機構は、少なくとも一つの焦点合わせを行う撮影レンズと、前記撮影レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダを保持する保持部材と、前記レンズホルダと前記保持部材に取り付けられる弾性部材と、前記レンズホルダを直進案内する直進案内軸とを備え、前記レンズホルダは、前記直進案内軸の嵌合部から延出する延出嵌合部を有し、前記延出嵌合部と前記弾性部材の取り付け部は、前記直進案内軸に対して略対称位置にあることを特徴とする。

請求項５記載の撮像装置は、請求項１記載のレンズ駆動機構を備える。

本発明のレンズ駆動機構によれば、小型で、高速化、安定化を図ることができる。

以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

尚、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの外観斜視図である。

被写体を撮影（撮像）するカメラ１は、図１に示すように、カメラ筐体１０と、レンズ鏡筒２０と、レンズバリア部３０と、発光窓部４０と、ファインダ窓５０と、レリーズボタン６０とを備える。

カメラ筐体１０は、シャッター機構を始めとする構成部材を収納する。レンズ鏡筒２０は、撮影レンズの焦点距離を変更可能とし、カメラ筐体１０の前面に配置される。レンズバリア部３０は、レンズ鏡筒２０の前面に配置され、カメラ１の電源状態（即ち、ＯＮ又はＯＦＦ）に応じて、少なくとも一つの焦点合わせを行う撮影レンズの光路を開閉する。

発光窓部４０は、被写体に照明光を照射するストロボ装置の一部を構成し、カメラ筐体１０の前面に配置される。ファインダ窓５０は、発光窓部４０の近傍に配置される。

レリーズボタン６０は、カメラ筐体１０の上面に配置され、撮像準備動作（焦点調節動作及び測光動作）及び撮影動作（フィルムやＣＣＤ等の撮像素子への露光）を開始させるためのボタンである。

尚、図１に示す構成はカメラの代表的な構成であるが、本発明の構成は図１に示す構成に限定するものではない。

以下、レンズ駆動機構、特に、レンズ駆動機構の中でフォーカス機構に対して有効な発明であるので、フォーカス機構について説明する。

図２は、本発明の実施の形態に係るレンズ駆動機構としてのフォーカス機構の前面斜視図である。

図２において、フォーカス機構７０は、保持部材７１を備える。保持部材７１は、後述するレンズホルダ７３の振れ止め部７１ａを備える。レンズホルダ７３は、撮影レンズ７２を保持する。

駆動モータ７４は、レンズホルダ７３を駆動するために取り付けられるステッピングモータである。直進案内軸７５は、レンズホルダ７３を直進案内する。駆動スクリュー７６は、後述のナットとねじ結合し、レンズホルダ７３を駆動する。片寄せばね７７は、保持部材７１とレンズホルダ７３との間にかけられている弾性部材である。

尚、本説明において、光軸方向とは、撮影レンズ７２が移動するＡ方向である。

図３は、図２のフォーカス機構の背面斜視図である。

図２において、ピニオンギア７８は、駆動モータ７４の先端に取り付けられる。アイドラギア７９は、ピニオンギア７８からの回転力を駆動スクリュー７６に伝える。アイドラギア７９は本実施の形態では２枚備えられている。

スクリューギア８０は、駆動スクリュー７６の先端に一体的に回転動作するように取り付けられている。ギアカバー８１は、ピニオンギア７８、アイドラギア７９及びスクリューギア８０を覆うように保持部材７１に取り付けられる。ギアカバー固定ねじ８２は、駆動モータ７４に切られたねじに対して保持部材７１を貫通するように固定される。

図４は、図２のフォーカス機構の前面上方斜視図である。

図４は、レンズホルダ７３が光軸方向に繰り出された状態である。レンズホルダ７３は、保持部材７１の振れ止め部７１ａと嵌合するように振れ止め部７３ａを備えている。つまり、レンズホルダ７３は、直進案内軸７５と振れ止め部７３ａによって平面方向の位置が規制されており、光軸方向（図２中Ａ方向）にのみ進退可能に保持されている。

図５は、図２のフォーカス機構の上面図（図２のＢ方向視図）である。また、図６は、図２のフォーカス機構のうち、レンズホルダ、ナット及び駆動スクリューのみを示す斜視図である。

図５及び図６において、ナット８３は、レンズホルダ７３のナット保持溝部７３ｂに保持される。ナット８３は、駆動スクリュー７６のおねじと嵌合するめねじ部８３ａを備える。

組み立て状態では、ナット８３は、駆動スクリュー７６とねじ結合し、かつ、レンズホルダ７３のナット保持溝部７３ｂに挿入されているため、駆動スクリュー７６が回転すると、送りねじ機構によって光軸方向（Ａ方向）へ進退する。

さらに、本図では説明を容易にするため、不図示としているが、駆動モータ７４に電源を供給するためのフレキシブルプリント基板が備えられる。

以上説明した機構によって、カメラ１がフォーカス機構を駆動するべく駆動モータ７４に通電をすると、駆動モータ７４が回転し、その回転に従って、ピニオンギア７８、アイドラギア７９及びスクリューギア８０が回転する。スクリューギア８０が回転すると、駆動スクリュー７６が回転する。

前述のように、レンズホルダ７３は、直進案内軸７５と振れ止め部７１ａによって、光軸方向にのみ進退可能に保持されているため、前述のように、駆動スクリュー７６が回転すると送りねじ機構によって光軸方向に進退することができる。

カメラ１のレンズホルダ７３の駆動制御や駆動方法については公知の技術であるため、本実施の形態において詳しい説明は省略する。

次に、本発明の特徴について説明する。本発明の特徴は、レンズホルダ７３、直進案内軸７５及び片寄せばね７７の配置にある。

図７は、図２におけるレンズホルダの拡大正面図、図８は、図２におけるレンズホルダの拡大斜視図である。

レンズホルダ７３は、直進案内軸７５と全周円状に嵌合する嵌合部７３ｃと、嵌合部７３ｃから光軸方向に延出する略半周に亘り直進案内軸７５に嵌合する延出嵌合部７３ｄとを備える。延出嵌合部７３ｄは、直進案内軸７５の周りを覆うように略半周以上に形成される。

延出嵌合部７３ｄの内周部には、延出嵌合部７３ｄの円状形状と同一面の延出嵌合面７３ｅを備えている。図から明示されるように、直進案内軸７５とレンズホルダ７３の嵌合長は延出嵌合面７３ｅの半周部のみ長くなっている。

また、延出嵌合部７３ｄに対して直進案内軸７５の中心から略対称位置に、片寄せばね７７のばねかけ部（取り付け部）７３ｆが配置されており、前述のように、レンズホルダ７３と保持部材７１との間に片寄せばね７７がかけられている。

本実施の形態では、延出嵌合部７３ｄを設け、ばねかけ部７３ｆを適切に配置することによって、フォーカス機構の高速化、安定化を行っている。これについて説明する。

前述したように、レンズホルダ７３の直進案内軸７５に対する嵌合長とレンズホルダ７３を片寄せする弾性力（片寄せばね力）には、フォーカス駆動の高速化、安定化に対して密接な関係がある。

そこで、本実施の形態では、レンズホルダ７３の嵌合長と片寄せばね７７のばね力との課題を解決するために、前述の延出嵌合部７３ｄを設け、さらに、延出嵌合部７３ｄに対して直進案内軸７５の中心から略回転対称位置に、ばねかけ部７３ｆを配置している。

図９は、図２のフォーカス機構の正面図、図１０は、図９のＦ−Ｆ線における繰り込み時の断面図、図１１は、図１０のレンズホルダと直進案内軸の拡大図である。

図１０に示されるように、レンズホルダ７３が最も繰り込んだ位置で、直進案内軸７５はレンズホルダ７３の嵌合部７３ｃよりも十分に突出している。

このため、図１１に示されるように、レンズホルダ７３が最も繰り込んだ位置では、レンズホルダ７３と直進案内溝７５の嵌合長は、嵌合部７３ｃの長さＬ１に加え、延出嵌合部７３ｄの長さＬ２分が延長され、合計Ｌ３となる。

レンズホルダ７３には、片寄せばね７７のばねかけ部７３ｆが直進案内軸７５の中心から略回転対称位置に延出嵌合部７３ｄが設けられているから、図１０及び図１１においてＣ方向への回転力を発生し、レンズホルダ７３を回転させる。

本実施の形態のように、延出嵌合部７３ｄを、片寄せばね７７が発生する回転力（片寄せばね力）を最も受ける略回転対称位置に配置することによって、レンズホルダ７３の嵌合部７３ｃの長さを「Ｌ３の長さ全周嵌合させる」ことと同じ状況にすることができる。よって、嵌合長を伸ばしたことと同じ安定したフォーカス機構を、延出嵌合部７３ｄのみ延長することで提供することが可能である。

図７に明示されるように、延出嵌合部７３ｄは直進案内軸７５を基準として半周以上覆う構成としている。これは、片寄せばね力がＣ方向であるため効果的に片寄せを行っているが、Ｄ方向には片寄せ力は発生しにくい。しかし、半周以上に亘り延出嵌合部７３ｄを設けることにより、全周嵌合した状態と同じように、適切にガタを防止することが可能である。

さらに、上記の構成から明示されるように、延出嵌合部７３ｄは、円状に構成された嵌合部７３ｃに対して、一部のみを延長することから、図１０のＥの領域に例えばシャッター機構等を配置することが可能になる。よって、小型で安定したフォーカス機構を提供することが可能となる。

さらに、最も繰り込んだ位置でフォーカス機構の動作が安定するため、片寄せばね力を小さくすることが可能になる。片寄せばね力が小さくなることによる効果は後述する。

図１２は、図９のＦ−Ｆ線における繰り出し時の断面図、図１３は、図１２のレンズホルダと直進案内軸の拡大図である。

レンズホルダ７３が最も繰り出した位置での嵌合長は、延長嵌合部７３ｄが直進案内軸７５よりも突出していることから嵌合部７３ｃのみとなる。このため、図１１での嵌合長Ｌ３に対して、延長嵌合部Ｌ２の長さ分短くなっている。

しかし、片寄せばね力がレンズホルダ７３の繰り出し量に比例して大きくなり、Ｃ方向への片寄せ力が強くなる。このため、片寄せばね力が増えると効果的にレンズホルダ７３を片寄せすることができる。よって嵌合長が短くなっているが、それに反してばね力が強くなっているため、安定したフォーカス駆動が可能となる。

以上説明したように、本発明のフォーカス機構は、レンズホルダ７３の繰り出し量に応じて、レンズホルダ７３と直進案内軸７５との嵌合長と片寄せばね力が変化する構成としている。

本発明では、レンズホルダ７３が最も繰り込んだ時（最もばね力が小さい時）には嵌合長が長くなり、フォーカス機構、即ち、レンズ駆動機構は安定した動作が可能である。

また、本発明では、延長嵌合部７３ｄを効果的な位置に配置しているために、フォーカス機構は安定した動作が可能である。また、延出嵌合部７３ｄは、繰り出し側（弾性部材の弾性力が増す方向）に延出しているため、カメラ１の後方に飛び出すことなく、小型なフォーカス機構、即ちレンズ駆動機構を提供することができる。

また、本発明では、レンズホルダ７３が最も繰り出した時には、片寄せばね力が強くなるため、レンズホルダ７３と直進案内軸７５の嵌合長が短くなっても十分に片寄せできるため、フォーカス機構は安定した動作が可能である。

また、本発明では、レンズホルダ７３が最も繰り込んだ時には、片寄せばね力が小さい時でもフォーカス機構は安定動作が可能なことから、最も繰り込んだ時の片寄せばね力を小さくすることが可能である。

よって、レンズホルダ７３の繰り出した時の片寄せばね力に抗するための駆動モータ７４の必要出力トルクを小さくすることが可能となる。つまり、駆動モータ７４の必要出力トルクを小さくすることによって、駆動モータ７４を高速回転することが可能となり、高速なフォーカス機構を提供することができる。さらに高速でも安定した機構となっているため、静音化にも寄与できる。

さらに本発明では、図７に明示されているように、延出嵌合部７３ｄが直進案内軸７５の略半周に構成されている。これにより、効果的にガタを防止することができる上に、図１０に示される空間Ｅに、例えば、シャッターユニット等の鏡筒の他の機構を配置することができる。

よって、フォーカス機構、即ち、レンズ駆動機構の高速化、安定化だけでなく、鏡筒機構の空間を効率よく利用することによる小型化が可能となる。よって鏡筒機構が小型化するだけでなく、カメラを小型化することができる。

以上、本実施の形態では、フォーカス機構について説明した。しかし、公知のカメラの中には本発明で説明したように、ステッピング駆動モータによってズームレンズを駆動するものも知られている。それらのカメラに対しても本発明は適用可能であり、高速化、安定化に寄与するレンズ駆動機構の提供が可能である。

本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係るレンズ駆動機構としてのフォーカス機構の前面斜視図である。 図２のフォーカス機構の背面斜視図である。 図２のフォーカス機構の前面上方斜視図である。 図２のフォーカス機構の上面図（図２のＢ方向視図）である。 図２のフォーカス機構のうち、レンズホルダ、ナット及び駆動スクリューのみを示す斜視図である。 図２におけるレンズホルダの拡大正面図である。 図２におけるレンズホルダの拡大斜視図である。 図２のフォーカス機構の正面図である。 図９のＦ−Ｆ線における繰り込み時の断面図である。 図１０のレンズホルダと直進案内軸の拡大図である。 図９のＦ−Ｆ線における繰り出し時の断面図である。 図１２のレンズホルダと直進案内軸の拡大図である。 従来例に係るレンズ駆動機構の正面図である。 図１４におけるレンズホルダが最も繰り込んだ位置での上面図である。 図１４のＺ−Ｚ線断面図である。 従来例に係るレンズ駆動機構の駆動の概念図である。

符号の説明

１ カメラ
１０ カメラ筐体
２０ レンズ鏡筒
３０ レンズバリア部
４０ 発光窓部
５０ ファインダ窓
６０ レリーズボタン
７０ フォーカス機構
７１ 保持部材
７２ 撮影レンズ
７３ レンズホルダ
７３ｃ 嵌合部
７３ｄ 延出嵌合部
７３ｆ ばねかけ部
７５ 直進案内軸
７７ 片寄せばね（弾性部材）

Claims (5)

1. 少なくとも一つの焦点合わせを行う撮影レンズと、
   前記撮影レンズを保持するレンズホルダと、
   前記レンズホルダを保持する保持部材と、
   前記レンズホルダと前記保持部材に取り付けられる弾性部材と、
   前記レンズホルダを直進案内する直進案内軸とを備え、
   前記レンズホルダは、前記直進案内軸の嵌合部から延出する延出嵌合部を有し、前記延出嵌合部と前記弾性部材の取り付け部は、前記直進案内軸に対して略対称位置にあることを特徴とするレンズ駆動機構。
2. 前記延出嵌合部は、前記直進案内軸の周りを覆うように略半周以上に形成されることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動機構。
3. 前記延出嵌合部は、前記弾性部材の弾性力が増す方向に設けられていることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動機構。
4. 前記レンズホルダと前記直進案内軸の嵌合長は、前記レンズホルダの位置によって変化することを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動機構。
5. 請求項１記載のレンズ駆動機構を備える撮像装置。

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