JP2011248139A - レンズ鏡筒、及びそれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸を基準として回転しながら進退するレンズ保持枠の光軸方向の変位量を精度良く検出する。
【解決手段】合焦若しくは変倍のための光学素子と、該光学素子を保持する保持枠９と、該保持枠９を、光軸を基準として光軸方向に回転移動させる案内筒と、光学素子と同期して、光軸を基準として回転する回転部材４４と、該回転部材４４を回転させる駆動手段とを有するレンズ鏡筒であって、更に、保持枠９の光軸方向の変位量を検出する位置検出手段６１を備え、該位置検出手段６１は、保持枠９と回転部材４４とのいずれか一方から光軸方向に延設する部位６０に固定され、他方に被位置検出部６２が固定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、レンズ鏡筒、及びそれを用いた光学機器に関するものである。

交換レンズ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の光学機器は、例えば、オートフォーカス（以下、「ＡＦ」と表記する）を制御するために、フォーカスレンズ、又は該フォーカスレンズに駆動力を伝達する構成要素の位置を検出する位置検出系を有する。具体的には、この位置検出系は、フォーカスレンズがＡＦ演算によって算出された合焦位置に正確に移動したかどうかを判別する。この場合、位置検出系は、光軸方向に回転しながら進退するレンズ群を保持したレンズ保持枠の位置を、駆動手段である超音波モーターの出力により回転する回転部材にエンコーダを配置して、その回転成分を読み取ることで検出する。例えば、特許文献１は、駆動力の伝達系を構成する回転部材の回転位置を検出するための検出器を設けたレンズ鏡筒を開示している。

また、近年の撮像素子の高画素化に伴い、ＡＦ動作の高精度化が求められている。このＡＦ動作を高精度化するためには、位置検出系の高分解能化が必要となる。そこで、特許文献２は、位置検出系にパルスエンコーダを採用し、分解能を向上させるエンコーダを開示している。更に、特許文献３は、エンコーダの小型化と光学機器への組込み性とに優れた反射式光学エンコーダを開示している。

特開平２−２５３２１３号公報 特開平９−２５０９３３号公報 特開２００３−３３７０５２号公報

しかしながら、上記特許文献に示す位置検出系では、エンコーダが配置された回転部材に嵌合ガタがあるために、センサーとのギャップが変動し、読み取り誤差が生じる場合がある。また、回転伝達手段とレンズ保持枠との係合部においても光軸周方向にガタがあるために、回転部材が回転しても、その回転に伴うレンズ保持枠の動き出しにガタ分の遅れが生じる場合がある。即ち、エンコーダがレンズ保持枠の光軸方向への移動量を正確に検知できず、特に、回転方向が反転する際には、実際に検出されるパルスと移動量とに差が生じやすい。更に、駆動手段として、ＤＣモーターやステッピングモーターを採用し、ギア列を介して回転部材に駆動力を伝達するギアユニットを用いる場合にも、ギアのバックラッシュや部品の撓みの影響に起因し、実際に検出されるパルスと移動量とに差が生じる場合がある。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、光軸を基準として回転しながら進退するレンズ保持枠の光軸方向の変位量を精度良く検出するレンズ鏡筒、及びそれを用いた光学機器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、合焦、若しくは変倍のための光学素子と、該光学素子を保持する保持枠と、該保持枠を、光軸を基準として光軸方向に回転移動させる案内筒と、光学素子と同期して、光軸を基準として回転する回転部材と、該回転部材を回転させる駆動手段とを有するレンズ鏡筒であって、更に、保持枠の光軸方向の変位量を検出する位置検出手段を備え、該位置検出手段は、保持枠と回転部材とのいずれか一方から光軸方向に延設する部位に固定され、他方に被位置検出部が固定されることを特徴とする。

本発明によれば、光軸を基準として回転しながら進退する保持枠の光軸方向の変位量を直接読み取るので、光学素子の位置制御を高精度に行うことができる。

本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の構成を示す概略図である。 レンズ鏡筒内のフォーカスユニットの構成を示す概略図である。 フォーカスユニット内のフォーカスキー付近の構成を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

まず、本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るレンズ鏡筒の構成を示す概略断面図である。このレンズ鏡筒は、ＣＣＤセンサー等の撮像素子を備えたデジタル一眼レフカメラ、若しくはフィルムを使用する一眼レフカメラに対して着脱可能な交換レンズである。特に、本実施形態のレンズ鏡筒１は、図１に示すように、撮像素子２を備えたデジタル一眼レフカメラ（以下、「カメラ本体」と表記する）３に適用され、光学素子である第１〜７群レンズＬ１〜７を有し、焦点距離範囲が２４〜１０５ｍｍのズームレンズとする。

第１群レンズＬ１は、第１保持枠（第１群鏡筒）４に保持された被写体側の第１レンズユニットである。第１保持枠４は、その外周に配置された移動筒５に一体的に固定されている。また、移動筒５は、直進筒６に固定されている。更に、レンズ鏡筒１は、この直進筒６に一体的に固定された直進カムフォロワが係合するように、光軸方向に延びる直進溝が形成された案内筒７と、第１カム溝が形成されたカム環８とを備える。即ち、移動筒５に保持された第１群レンズＬ１は、カム環８の回転に伴い、ＷＩＤＥ端とＴＥＬＥ端との間で光軸方向に移動する。

第２群レンズＬ２は、第２保持枠（第２群鏡筒）９に保持された合焦のための第２レンズユニットである。第２保持枠９は、その外周部に、カムフォロワ部とキー連動部とを有し、それぞれフォーカスカム環（回転案内筒）１０の内周部に形成されたカムと、フォーカスユニット４０内のフォーカスキー６０とに係合する。即ち、第２保持枠９に保持された第２群レンズＬ２は、フォーカスユニット４０の出力によりフォーカスキーが回転した際にカムとカムフォロワ部とが連動することで、光軸を基準として光軸方向に回転移動する。このように、本実施形態のレンズ鏡筒１は、所謂インナーフォーカスレンズであり、焦点距離に応じて焦点調節のためにフォーカスカムの使用位置、即ち、第２群レンズＬ２の移動量が変化する。なお、フォーカスユニット４０の詳細については後述する。

第３群レンズＬ３及び第４群レンズＬ４は、絞りユニット１４を挟んで互いに固定された開口径を調節するための第３レンズユニットである。このうち、第３群レンズＬ３は、第３保持枠（第３群鏡筒）１１に保持され、前側（被写体側）には、副絞りユニット１２が設置されている。一方、第３群レンズＬ３に対向する第４群レンズＬ４は、第４保持枠（第４群鏡筒）１３に保持され、前側（第３群レンズＬ３との間）には、開口径を決定する絞りユニット１４が設置されている。また、第４保持枠１３は、その後側（像面側）に周方向に等間隔で後部に向けて延設された３本の接続部を備え、該接続部の後端には、後述の第７群レンズＬ７を保持する第７保持枠１７が固定されている。更に、第４保持枠１３は、案内筒７に形成された直進溝と、カム環８に形成された第２カム溝とに係合するように、その外周面に、周方向等間隔で３箇所に設置されたカムフォロワを有する。即ち、第３、４、及び７群レンズＬ３、Ｌ４、Ｌ７は、カム環８の回転に伴い、一体的に光軸方向に移動する。また、案内筒７に設置されたカムにより副絞りユニット１２内の回転部材を回転させることで、副絞りの開口径が焦点距離によって変化し、Ｆナンバーの変動を抑えることができる。

第５群レンズＬ５及び第６群レンズＬ６は、防振ユニット１５に保持されたシフトレンズユニットである。防振ユニット１５は、コイルとマグネットとで構成されるアクチュエータにより、第５群レンズＬ５を光軸に対して略直交方向に駆動することで、手ぶれ補正動作等を行う。この防振ユニット１５を支持するベース部材の後側には、第６保持枠（第６群鏡筒）１６が固定されている。また、防振ユニット１５は、その外周部に、周方向３箇所に設置されたカムフォロワを有する。このカムフォロアは、上記第３群レンズＬ３等と同様に、案内筒７に形成された直進溝と、カム環８に形成された第３カム溝とに係合する。即ち、第５群レンズＬ５及び第６群レンズＬ６は、カム環８の回転に伴い、一体的に光軸方向に移動する。更に、第７群レンズＬ７は、第７保持枠（第７群鏡筒）１７に保持された撮像素子側の第４レンズユニットである。

このレンズ鏡筒１は、ズームリング２４の回転操作に連動して、カム環８が案内筒７に対して光軸を基準として回転することにより、焦点距離が変化する。このとき、カム環８は、案内筒７とバヨネット結合しているので案内筒７に対して定位置で回転する。案内筒７は、固定継筒、外装環、及びカメラ本体３に装着するためのマウントを一体的に備え、レンズ鏡筒１における固定部１８を構成する。また、この案内筒７は、所謂振動型モーターを駆動手段とするフォーカスユニット４０も固定する。更に、固定部１８の前側端面には、フォーカスリング２２が配置されている。このフォーカスリング２２は、その後端部をフォーカスユニット４０内の連結部（後述の第２連結環４５）に係合している。即ち、フォーカスリング２２を回転させることでフォーカスキーが回転し、第２群レンズＬ２を光軸方向に移動させるマニュアルフォーカスを行うことができる。

次に、レンズ鏡筒１内のフォーカスユニット４０の構成について詳説する。図２は、フォーカスユニットの構成を示す概略図である。特に、図２（ａ）は、フォーカスユニット４０を入光側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ―Ａ´断面を示す図である。フォーカスユニット４０は、ユニット本体４１に設置された、駆動機構４２と、第１連結環４３と、コロリング４４と、第２連結環（マニュアル連結環）４５とを備える。ユニット本体４１は、筒状に形成されたフォーカスユニット４０の固定部（本体部）であり、ユニット本体４１の後端部４１ａに形成された内側突起部において、上述のように、図１に示す案内筒７に固定される。

駆動機構４２は、ユニット本体４１の外周部に設置され、外形が環状のステータ４２ａとロータ４２ｂとを有する振動型モーターで構成される駆動手段である。ステータ４２ａは、その後端に設置された圧電素子ＰＺＴを駆動源とする。この圧電素子ＰＺＴは、給電用ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）４６と一体で形成され、該給電用ＦＰＣ４６から入力される電気信号によりステータ４２ａに対して振動を励起する。このとき、ステータ４２ａの前端面の質点には、楕円運動の振動が発生し、この振動に起因して、ステータ４２ａの前端面に圧接されたロータ４２ｂが回転駆動する。また、ステータ４２ａは、その後部（ロータ４２ｂの対向側）に設置された加圧バネ４８及び加圧リング４９によりフェルト部材４７を介してロータ４２ｂに対して加圧された状態でユニット本体４１に保持される。これにより、ステータ４２ａは、ロータ４２ｂに圧接し、後述する第１連結環４３の前端面が、コロ５０に圧接する。

第１連結環４３は、駆動機構４２に隣設された環状部材である。第１連結環４３の前端面（前壁面）は、後述するコロリング４４に設置されたコロ５０に当接する。一方、第１連結環４３の後端面は、ゴムリング５１を介してロータ４２ｂに固定される。

コロリング４４は、第１連結環４３に隣設された、光軸を基準としてユニット本体４１の外周で回転可能な環状の回転部材である。このコロリング４４の外周面における等間隔３箇所には、図２（ｂ）に示すように、光軸に直交する方向に延びる軸４４ａが形成されている。この軸４４ａは、コロ５０を止め輪５２により係止しつつ回動自在に保持する。更に、コロリング４４は、その内側端から前方（第２保持枠９の設置方向）に向かうフォーカスキー６０を備える。

ここで、本発明の特徴であるフォーカスキー６０の構成について詳説する。図３は、図２に示したコロリング４４、フォーカスキー６０、及び該フォーカスキー６０と係合する第２保持枠９を抜粋した分解斜視図である。フォーカスキー６０は、フォーカスユニット４０からの回転出力を第２保持枠９に伝達する板状の回転伝達部（部位）である。フォーカスキー６０の先端部６０ａは、図３（ａ）に示すように、第２保持枠９の外周部において先端部６０ａに向けて延伸するように形成されたキー連動部９ａと係合する。なお、先端部６０ａは、回転方向、即ち、先端部６０ａの側面６０ｂと、キー連動部９ａを形成する側壁部９ｂとが接する方向において、光軸方向の移動を許容した状態でキー連動部９ａと係合する。即ち、先端部６０ａとキー連動部９ａとが係合した状態では、先端部６０ａの一方の側面６０ｂと、キー連動部９ａの一方の側壁部９ｂとの間には、常時微小な隙間が存在する。また、フォーカスキー６０の先端部６０ａは、図３（ｂ）に示すように、第２保持枠９のキー連動部９ａと対向する位置に略直方体形状のセンサー６１を備える。一方、キー連動部９ａは、その内壁面においてセンサー６１と対向する位置に反射スケール６２を備える。まず、センサー６１は、第２保持枠９の光軸方向の変位量を検出するためのフォーカスユニット４０における位置検出手段であり、特に、本実施形態では、反射式光学エンコーダを採用する。このセンサー６１は、発光部６１ａと受光部６１ｂとで一体的に構成されたセンシング部を有し、更に、該センシング部は、発光部６１ａからの光が直接受光部６１ｂに到達しないように、隔壁６１ｃにより分離される。ここで、センサー６１は、その配線部が直接外部に露出しないように、不図示であるがアクリルやガラス等の透過素材で覆われている。また、センサー６１のセンシング面の裏面には、不図示であるが端子が形成されており、該端子は、図２に示すセンサー用ＦＰＣ５３に対して半田付け等により直接実装され電気的に接続される。なお、センサー用ＦＰＣ５３には、位置検知手段であるセンサー６１の他に制御用の電気素子も複数実装されている。このように、センサー６１は、センサー用ＦＰＣ５３に実装された状態で、フォーカスキー６０に両面テープ等により固定される。なお、本実施形態では、センサー６１として反射式光学エンコーダを採用するが、このような位置検出手段として、フォトセンサー、ＭＲセンサー、ＳＲセンサー、ポジショニングセンサー、又は可変抵抗器等を採用しても良い。一方、反射スケール６２は、センサー６１の発光部６１ａから発せられた光を反射する被位置検出部であり、センサー６１に対向する表面には、スリットが設けられた反射面が光軸方向に多数形成されている。この反射スケール６２も、キー連動部９ａの内壁面に両面テープ等により固定される。

また、コロリング４４は、その外周部に、該コロリング４４の回転位相ゾーンを検知するためのフォーカスブラシを取り付ける台座５４を備える。本実施形態のフォーカスユニット４０は、第２保持枠９の位置検出に際し、上記センサー６１による位置検出（回転量検知）と、この不図示のフォーカスブラシによる回転位相ゾーンの検知とを組み合わせて用いるので、より高い回転検出分解能を有する。また、コロリング４４は、その内側前方の複数箇所に、ユニット本体４１を回転方向に摺動する摺動部４４ｂを備える。更に、ユニット本体４１は、図２（ａ）に示すように、その内周部側面に、フォーカスキー６０の移動方向左右のストッパー部６０ｃと当接することでフォーカスキー６０の回動範囲を制限するストッパー端面４１ｂを備える。

更に、第２連結環４５は、コロリング４４に隣設され、該コロリング４４に設置されたコロ５０と当接する壁面を有する環状部材である。この第２連結環４５は、図２（ｂ）に示すように、その外周部には、上述のフォーカスリング２２の後側凹部と係合する突起部４５ａを備える。これにより、ユーザーによるフォーカスリング２２の回転入力をフォーカスユニット４０に伝達することができる。この第２連結環４５は、その内周面に設置され、ユニット本体４１に回転が阻止された状態で結合しているマニュアル摺動部材５５により、周方向及び光軸方向において摺動可能である。

次に、フォーカスユニット４０の作用について説明する。まず、駆動機構４２によりロータ４２ｂ及び該ロータ４２ｂに接続された第１連結環４３が回転すると、コロリング４４に設置されたコロ５０は、第２連結環４５の前記壁面（後壁面）上を転動する。これにより、コロリング４４は、図２に示す光軸（レンズ鏡筒１の光軸）ＡＸＬを基準として回転する。同時に、コロリング４４に設置されたフォーカスキー６０は、上記回動範囲内で回動し、第２保持枠９を同期して回転させる。この第２保持枠９の回転により、フォーカスカム環１０に形成されたカムと第２保持枠９に設けられたカムフォロワ部とにカム作用が働き、第２保持枠９は、光軸方向に移動する。一方、マニュアルフォーカス操作を行う場合は、まず、上述のようにフォーカスリング２２を回転操作することで、第２連結環４５を回転させる。この第２連結環４５の回転により、コロ５０が第１連結環４３の前壁面上を転動し、コロリング４４は、光軸ＡＸＬを基準として回転する。これの伴い、フォーカスキー６０は、上記回動範囲内で回動し、第２保持枠９を回転させる。このように、フォーカスユニット４０は、２系統の入力に対して１系統の出力を実施することができる。

上記駆動機構４２の制御（ＡＦ制御）は、図１に示すメイン回路基板２３に構成された制御回路により、カメラ本体３から送信された焦点検出情報と、センサー６１からの位置検出出力とに基づいて実行される。このとき、駆動機構４２の駆動力がコロリング４４に作用すると、フォーカスキー６０は、図３に示す矢印Ｂの方向に回転し、上述のように、第２保持枠９は、光軸回りで回転しながら光軸方向に移動する。この場合、センサー６１は、フォーカスキー６０と一体化されており、また、フォーカスキー６０もコロリング４４に固定されているため、光軸方向へ変位しない。即ち、センサー６１は、第２保持枠９の光軸方向の移動量（変位量）を直接読み取ることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、フォーカスキー６０にセンサー６１を設置することにより、第２保持枠９の光軸方向の変位量を直接読み取ることができるので、ガタやギアのバックラッシュ、若しくは部品の撓み等の影響に起因した読み取り誤差を発生しない。したがって、ＡＦ制御の高精度化を達成することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、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、上記実施形態では、センサー６１を一方の回転部材側のフォーカスキー６０上に設置し、反射スケール６２を他方のレンズ保持枠である第２保持枠９に設置したが、本発明はこれに限定しない。即ち、上記構成とは逆に、センサー６１をレンズ保持枠側に設置し、反射スケール６２を回転部材側に設置する構成もあり得る。また、上記実施形態では、センサー６１をフォーカスキー６０の先端部６０ａに設置したが、例えば、フォーカスキー６０の後端部、即ち、コロリング４４の内周部に設置する構成もあり得る。この場合、反射スケール６２を有する第２保持枠９のキー連動部９ａは、コロリング４４の内周部にまで延設されることになる。

また、上記実施形態では、上記位置検出手段を、合焦のための第２群レンズの光軸方向の変位量を検出するために適用したが、本発明はこれに限定されず、例えば、変倍のためのレンズ群に適用することも可能である。また、焦点距離に応じて焦点調節のための第２群レンズＬ２の移動量を異ならせる必要がない場合は、フォーカスカム環（カム筒）１０をヘリコイド筒に置き換えてもよい。更に、上記実施形態では、レンズ鏡筒１をデジタル一眼レフカメラ用の交換レンズに採用するものとして説明したが、本発明は、レンズ一体型のカメラやビデオカメラ等の光学機器のレンズ鏡筒部にも採用することができる。

１ レンズ鏡筒
７ 案内筒
９ 第２保持枠
４２ 駆動機構
４４ コロリング
６０ フォーカスキー
６１ センサー
６２ 反射スケール
Ｌ２ 第２群レンズ

Claims (7)

1. 合焦、若しくは変倍のための光学素子と、
   前記光学素子を保持する保持枠と、
   前記保持枠を、光軸を基準として光軸方向に回転移動させる案内筒と、
   前記光学素子と同期して、光軸を基準として回転する回転部材と、
   前記回転部材を回転させる駆動手段と、を有するレンズ鏡筒であって、
   更に、前記保持枠の光軸方向の変位量を検出する位置検出手段を備え、
   前記位置検出手段は、前記保持枠と前記回転部材とのいずれか一方から光軸方向に延設する部位に固定され、他方に被位置検出部が固定されることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記被位置検出部は、前記位置検出手段に対向し、かつ、光軸方向に延伸して位置することを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記位置検出手段は、反射式光学エンコーダであり、
   前記被位置検出部は、前記反射式光学エンコーダの発光部から発光される光を反射する反射スケールであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記位置検出手段は、フォトセンサー、ＭＲセンサー、ＳＲセンサー、ポジショニングセンサー、若しくは可変抵抗器のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記案内筒は、カム筒、若しくはヘリコイド筒であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
6. 前記回転部材は、前記保持枠に回転出力を伝達する回転伝達部と、前記位置検出手段と前記被位置検出部とのいずれか一方を固定する固定部とを兼ねることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を備えることを特徴とする光学機器。

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