JP2012203179A

JP2012203179A - レンズ鏡筒および撮像装置

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Publication number: JP2012203179A
Application number: JP2011067457A
Authority: JP
Inventors: Makoto Fujiwara; 誠藤原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: JP5803194B2

Abstract

【課題】送りねじで駆動する光学保持部材を円滑に移動させる。
【解決手段】レンズ鏡筒であって、光学部材を保持する光学保持部材と、光学部材の光軸に平行な方向に光学保持部材を案内する案内軸と、光学部材の光軸と平行に配置された送りねじと、送りねじに噛み合いつつ光学保持部材に結合され、光軸と略平行な回動軸の周りに回動する回動部材と、回動部材を送りねじに向かって押し付ける押し付け部材とを備え、回動部材の回動軸は、送りねじの接線のうち、案内軸に対して回動部材を押し付ける合力の方向と略直交する接線であって、回動部材が送りねじに噛み合っている位置に近い側の接線と交差する。
【選択図】図６

Description

本発明は、レンズ鏡筒および撮像装置に関する。

送りねじの駆動力で光学素子を移動させる光学機器がある（特許文献１参照）。
［特許文献１］特開２００９−１３９５１６号公報

送りねじの回転方向が変化すると駆動力が変化して振動等を生じる場合がある。

本発明の第一態様として、光学部材を保持する光学保持部材と、光学部材の光軸に平行な方向に光学保持部材を案内する案内軸と、光学部材の光軸と平行に配置された送りねじと、送りねじに噛み合いつつ光学保持部材に結合され、光軸と略平行な回動軸の周りに回動する回動部材と、回動部材を送りねじに向かって押し付ける押し付け部材とを備え、回動部材の回動軸は、送りねじの接線のうち、案内軸に対して回動部材を押し付ける合力の方向と略直交する接線であって、回動部材が送りねじに噛み合っている位置に近い側の接線と交差するレンズ鏡筒が提供される。

本発明の第二態様として、上記レンズ鏡筒と、レンズ鏡筒により形成される被写体像を撮像する撮像素子とを備える撮像装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

撮像装置１００の模式的断面図である。支持機構５００の斜視図である。回動部材５５０の部分断面図である。支持機構５００の正面図である。支持機構５００の部分平面図である。回動部材５５０の模式図である。回動部材５５０の部分拡大図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、撮像装置１００の模式的断面図である。撮像装置１００は、レンズユニット２００およびカメラボディ３００を含む。

なお、以降の記載では、レンズユニット２００において、物体側を「前側」、像側を「後側」と記載する。また、カメラボディ３００において、レンズユニット２００が装着される側を「前側」、その反対側で、ファインダ３５０、表示部３４０等が配置される側を「後側」または「背面側」と記載する。

レンズユニット２００は、固定筒２１０、鏡筒ＣＰＵ２１９、複数のレンズ２２０、２３０、２４０、２５０、２６０およびレンズマウント２１６を有する。

固定筒２１０の一端は、レンズマウント２１６を介して、カメラボディ３００のボディマウント３６０に結合される。レンズマウント２１６およびボディマウント３６０の結合は一定の操作で解除できる。これにより、カメラボディ３００には、同じ規格のレンズマウント２１６を有する他のレンズユニット２００を装着できる。

鏡筒ＣＰＵ２１９は、レンズユニット２００における制御を司ると共に、カメラボディ３００との通信も担う。これにより、カメラボディ３００に装着されたレンズユニット２００はカメラボディ３００と連携して動作する。また、防振ユニットを備えたレンズユニット２００では、鏡筒ＣＰＵ２１９が、振動を打ち消すレンズの移動方向および移動量を算出して、防振用のアクチュエータを制御する。

複数のレンズ２２０、２３０、２４０、２５０、２６０は、共通の光軸Ｘ上に配列されて光学系をなす。複数のレンズ２２０、２３０、２４０、２５０、２６０の一部を光軸Ｘ方向に移動させることにより、この光学系の倍率および焦点位置が変化する。

ここで、ひとつのレンズ２５０に着目すると、レンズ２５０はレンズ保持枠５１０に保持され、レンズ保持枠５１０は案内軸５４２、５４４から支持される。案内軸５４２、５４４は、互いに平行に、且つ、各々が光軸Ｘに対して平行に配される。よって、レンズ２５０は、光軸Ｘに対して平行な方向に移動可能に支持される。

また、レンズ保持枠５１０は、送りねじ５２０に噛み合う回動部材５５０と結合されている。送りねじ５２０は、光軸Ｘと平行に配され、且つ、モータ５３０により回転駆動される。よって、モータ５３０が動作した場合に、レンズ保持枠５１０は、回動部材５５０を介して送りねじ５２０に駆動されて移動する。更に、モータ５３０の回転方向が反転した場合は、レンズ保持枠５１０の移動方向も反転する。

このような支持機構５００により、レンズ２５０は、レンズユニット２００において光軸方向に移動可能に保持される。また、レンズユニット２００において、レンズ２５０はモータ５３０に駆動されて光軸Ｘ方向に移動する。

なお、図１には、レンズ２５０を駆動する送りねじ５２０およびモータ５３０が描かれているが、これは、他のレンズ２２０、２３０、２４０、２６０が移動しないことを意味するわけではない。他のレンズ２２０、２３０、２４０、２６０も、送りねじ５２０およびモータ５３０により駆動される場合がある他、他のレンズ２２０、２３０、２４０、２６０に、超音波モータ、ボイスコイルモータ等の他の駆動方式が与えられる場合がある。また、他のレンズ２２０、２３０、２４０、２６０の一部は、カム構造、スライド構造等の操作により手動で移動させる機構を有する場合がある。

カメラボディ３００は、レンズユニット２００に結合されたボディマウント３６０の背後に配されたミラーユニット３７０を備える。ミラーユニット３７０の下方には合焦光学系３８０が配される。また、ミラーユニット３７０の上方にはフォーカシングスクリーン３５２が、それぞれ配される。

フォーカシングスクリーン３５２の更に上方にはペンタプリズム３５４が配され、ペンタプリズム３５４の後方にはファインダ光学系３５６が配される。ファインダ光学系３５６の後端は、ファインダ３５０としてカメラボディ３００の背面に露出する。

ミラーユニット３７０の後方には、シャッタ装置４００、ローパスフィルタ３３２、撮像素子３３０、主基板３２０および表示部３４０が順次配される。液晶表示板等により形成される表示部３４０は、カメラボディ３００の背面に現れる。主基板３２０には、本体ＣＰＵ３２２および画像処理回路３２４等の電子部品の一部が実装される。

ミラーユニット３７０は、メインミラー３７１およびサブミラー３７４を含む。メインミラー３７１は、メインミラー回動軸３７３により軸支されたメインミラー保持枠３７２に支持される。サブミラー３７４は、サブミラー回動軸３７６により軸支されたサブミラー保持枠３７５に支持される。サブミラー保持枠３７５は、メインミラー保持枠３７２に対して回動する。よって、メインミラー保持枠３７２が回動した場合、サブミラー保持枠３７５もメインミラー保持枠３７２と共に変位する。

メインミラー保持枠３７２の前端が降下した場合、メインミラー３７１は、レンズユニット２００から入射した入射光束上に斜めに位置する。メインミラー保持枠３７２が上昇した場合、メインミラー３７１は、入射光束を避けた位置に退避する。

メインミラー３７１が入射光束上に位置する場合、レンズユニット２００を通じて入射した入射光束は、メインミラー３７１に反射され、フォーカシングスクリーン３５２に導かれる。フォーカシングスクリーン３５２は、レンズユニット２００の光学系と共役な位置に配されているので光学系が形成した被写体像が結ばれる。

フォーカシングスクリーン３５２に結像された像は、ペンタプリズム３５４およびファインダ光学系３５６を通じてファインダ３５０から観察される。被写体像の光束は、ペンタプリズム３５４を通過しているので、フォーカシングスクリーン３５２上の被写体像はファインダ３５０から正立正像として観察される。

測光センサ３９０は、ファインダ光学系３５６の上方に配され、ペンタプリズム３５４において分岐されさた入射光束の一部を受光する。測光センサ３９０は、被写体輝度を検出して、本体ＣＰＵ３２２に撮影条件の一部である露出条件を算出させる。また、入射光束の一部を三原色毎に測光して、オートホワイトバランスの算出にも与する。

メインミラー３７１は、入射した入射光束の一部を透過するハーフミラー領域を有する。サブミラー３７４は、ハーフミラー領域から入射した入射光束の一部を、合焦光学系３８０に向かって反射する。合焦光学系３８０は、入射した入射光束の一部を焦点検出センサ３８２に導く。これにより、本体ＣＰＵ３２２は、レンズユニット２００の光学系を合焦させる場合のレンズ２３０の目標位置を決定する。

上記のような撮像装置１００においてレリーズボタンが半押しされると、焦点検出センサ３８２および測光センサ３９０が有効になり、被写体像を適切な撮影条件で撮影できる状態になる。次いで、レリーズボタンが全押しされると、メインミラー３７１およびサブミラー３７４が退避位置に移動して、シャッタ装置４００が開く。これにより、レンズユニット２００から入射した入射光束は、ローパスフィルタ３３２を通過して、撮像素子３３０に入射する。

撮像素子３３０は、ＣＣＤセンサ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳセンサ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの光電変換素子により形成され、受光した被写体像を電気信号に変換して出力する。撮像素子３３０から出力された電気信号は画像処理回路３２４において撮影画像データに変換される。

図２は、支持機構５００の斜視図である。支持機構５００は、レンズ２５０を支持しつつ移動させる機構であり、レンズ保持枠５１０、送りねじ５２０、案内軸５４２、５４４および回動部材５５０を含む。

レンズ２５０は、レンズ保持枠５１０に保持され、レンズ保持枠５１０は、嵌合部５１２および係合部５１４において一対の案内軸５４２、５４４から支持され且つ案内される。即ち、一対の案内軸５４２、５４４は、互いに平行に、また、レンズ２５０を含む光学系の光軸Ｘに平行に配される。

レンズ保持枠５１０に形成された一対の嵌合部５１２は、案内軸５４２の延在方向に離間した２ヶ所で案内軸５４２に嵌合する。これにより、レンズ保持枠５１０は、案内軸５４２に対して、光軸Ｘ方向に移動可能に支持される。

また、レンズ保持枠５１０は、単一の係合部５１４に他方の案内軸５４４を挿通される。これにより、レンズ保持枠５１０は、光軸Ｘ方向に移動可能な状態を維持しつつ、案内軸５４２の周りに回転することを規制される。

回動部材５５０は、回動軸５５２を回動軸としてレンズ保持枠５１０に対して回動可能に、嵌合部５１２の近傍においてレンズ保持枠５１０に対して結合される。回動部材５５０は、自身の先端近傍に形成されたラック部５５４において送りねじ５２０に噛み合う。

送りねじ５２０が、光軸Ｘと平行な回転軸の周りに回転した場合、回動部材５５０は送りねじ５２０に駆動されて、送りねじ５２０の長手方向、即ち、光軸Ｘと平行な方向に駆動される。これにより、レンズ保持枠５１０に保持されたレンズ２５０も、光軸Ｘと平行な方向に移動する。なお、送りねじ５２０の回転方向が反転した場合、レンズ保持枠５１０およびレンズ２５０の移動方向も反転する。

図３は、回動部材５５０の部分的な断面図である。図３には、回動部材５５０と送りねじ５２０との噛み合い部分が、図中に矢印で示すＰ−Ｐ断面およびＱ−Ｑ断面について示される。また、ラック部５５４を下方から見上げた回動部材５５０の下面も図３に併せて示す。

Ｑ−Ｑ断面から判るように、送りねじ５２０およびラック部５５４は、送りねじ５２０の長手方向と平行な方向、即ち、光軸Ｘと平行な方向に離間した一対の噛み合い位置において相互に噛み合う。これにより、送りねじ５２０が回転した場合に、ラック部５５４を通じて、送りねじ５２０の長手方向の駆動力が回動部材５５０に伝えられる。

また、Ｐ−Ｐ断面から判るように、送りねじ５２０およびラック部５５４は、送りねじ５２０の周方向については、単一の噛み合い位置において相互に噛み合う。よって、送りねじ５２０が回転した場合に、送りねじ５２０の回転運動がラック部５５４に伝わることはなく、軸方向の駆動力が回動部材５５０に伝えられる。

図４は、支持機構５００の背面図であり、図２に示した支持機構５００を、撮像装置１００の背面側から見た様子を示す。図２と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

支持機構５００において、レンズ保持枠５１０および回動部材５５０の間には、押し付けばね５６０が配される。押し付けばね５６０の一方の端部５６２は、回動部材５５０に上方から当接する。また、押し付けばね５６０の他方の端部５６４は、レンズ保持枠５１０の嵌合部５１２の近傍に側方から当接する。押し付けばね５６０は、端部５６２、５６４が互いに離間する方向に付勢されている。

既に説明した通り、レンズ保持枠５１０は、嵌合部５１２において案内軸５４２に嵌合し、且つ、係合部５１４において案内軸５４４に係合する。これにより、レンズ保持枠５１０は、光軸Ｘに直交する面内での位置が決められている。

このようなレンズ保持枠５１０に対して、回動部材５５０は、送りねじ５２０の径方向について一方から送りねじ５２０に当接している。よって、回動部材５５０は、回動軸５５２の周りに回動自在に、レンズ保持枠５１０に結合されている。しかしながら、押し付けばね５６０が、回動部材５５０を図中反時計周りに付勢しているので、回動部材５５０のラック部５５４は、「がた」を生じることなく送りねじ５２０の周面に押し付けられる。

図５は、支持機構５００の部分的な平面図であり、図４に矢印Ａで示す面における支持機構５００の平面的配置を示す。図２および図４と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

支持機構５００を見下ろした場合、回動部材５５０の回動軸５５２が、送りねじ５２０および案内軸５４２、５４４に対して平行に配されていることが判る。これより、回動部材５５０が回動軸５５２の周りに回動した場合でも、送りねじ５２０から一対のラック部５５４に伝えられた駆動力は、等しくレンズ保持枠５１０に伝わる。

また、支持機構５００を見下ろした場合、押し付けばね５６０は、中程のコイル部分に回動軸５５２を挿通され、一方の端部５６２を回動部材５５０に、他方の端部５６４をレンズ保持枠５１０に、それぞれ当接させている。ここで、図中左側に位置する押し付けばね５６０の一方の端部５６２は、送りねじ５２０の長手方向について、一対のラック部５５４の中央位置において回動部材５５０に当接する。これにより、押し付けばね５６０の発生する押し付け力は、一対のラック部５５４に均等に作用する。

また、レンズ保持枠５１０において、一対の嵌合部５１２の中央位置も、一対のラック部５５４の中央位置と共通であり、光軸Ｘに平行な平面Ｂ上に位置する。更に、レンズ保持枠５１０およびレンズ２５０を含む組立体の重心Ｇも、上記平面Ｂ上に位置する。このように、送りねじ５２０が生じる駆動力に対して負荷となる一対の嵌合部５１２、組立体の重心Ｇがいずれも一対のラック部５５４の中心位置にあるので、送りねじ５２０によるレンズ保持枠５１０の移動方向が変化した場合も、回動部材５５０の移動に対する抵抗力は変化しない。

図６は、図４と同じ方向から見た回動部材５５０を拡大して示す模式図である。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

押し付けばね５６０の押し付け力Ｐにより、回動部材５５０は送りねじ５２０に向かって押し付けられる。このため、ラック部５５４は、送りねじ５２０から、押し付け力Ｐに等しく、方向が反対の反力Ｆを受ける。

ここで、回動部材５５０が反力Ｆを受ける位置、即ち、ラック部５５４が送りねじ５２０に噛み合う領域Ｅにおける、反力Ｆと直交する接線Ｔが、回動軸５５２の回動軸Ｃと交差する。なお、ここでいう接線Ｔは、送りねじ５２０の基準ピッチ円に対する接線Ｔを含み、ラック部５５４と送りねじ５２０が噛み合う領域Ｅを通り、接線Ｔと平行な直線の総称を意味する。

図７は、上記のような配置を有する支持機構５００の作用を説明する図であり、回動部材５５０を部分的に拡大して示す。他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

既に説明した通り、送りねじ５２０とラック部５５４との間には、反力Ｆが作用する。よって、図中に矢印Ｄ_１で示す時計回りに送りねじ５２０が回転した場合、送りねじ５２０およびラック部５５４の間の摩擦により生じる摩擦力μ_１は、回動部材５５０に対して接線Ｔの方向に作用する。また、図中に矢印Ｄ_２で示す反時計回りに送りねじ５２０が回転した場合、送りねじ５２０およびラック部５５４の摩擦により生じる摩擦力μ_２は、回動部材５５０に対して、接線Ｔの方向に、時計回りＤ_１の場合の摩擦力μ_１と反対向きに作用する。

図６を参照して説明したように、接線Ｔは回動部材５５０の回動軸Ｃと交差している。よって、上記のように発生した摩擦力μ_１、μ_２には接線Ｔと交差する成分が含まれない。このため、送りねじ５２０が回転方向Ｄ_１に回転する場合と、回転方向Ｄ_２に回転する場合とで、送りねじ５２０から回動部材５５０に伝わる駆動力が変化しない。

よって、送りねじ５２０の回転方向が変化した場合であっても、送りねじ５２０およびラック部５５４に、びびり、衝突音等が生じることがない。また、送りねじ５２０を駆動するモータ５３０に対する負荷も、回転方向Ｄ_１、Ｄ_２によらず変化しないので、モータ５３０のコイル等がうなり音を生じることも防止される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００撮像装置、２００レンズユニット、２１０固定筒、２１６レンズマウント、２１９鏡筒ＣＰＵ、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０レンズ、３００カメラボディ、３２０主基板、３２２本体ＣＰＵ、３２４画像処理回路、３３０撮像素子、３３２ローパスフィルタ、３４０表示部、３５０ファインダ、３５２フォーカシングスクリーン、３５４ペンタプリズム、３５６ファインダ光学系、３６０ボディマウント、３７０ミラーユニット、３７１メインミラー、３７２メインミラー保持枠、３７３メインミラー回動軸、３７４サブミラー、３７５サブミラー保持枠、３７６サブミラー回動軸、３８０合焦光学系、３８２焦点検出センサ、３９０測光センサ、４００シャッタ装置、５００支持機構、５１０レンズ保持枠、５１２嵌合部、５１４係合部、５２０送りねじ、５３０モータ、５４２、５４４案内軸、５５０回動部材、５５２回動軸、５５４ラック部、５６０押し付けばね、５６２、５６４端部

Claims

光学部材を保持する光学保持部材と、
前記光学部材の光軸に平行な方向に前記光学保持部材を案内する案内軸と、
前記光学部材の光軸と平行に配置された送りねじと、
前記送りねじに噛み合いつつ前記光学保持部材に結合され、前記光軸と略平行な回動軸の周りに回動する回動部材と、
前記回動部材を前記送りねじに向かって押し付ける押し付け部材と
を備え、
前記回動軸は、前記送りねじの接線のうち、前記案内軸に対して前記回動部材を押し付ける合力の方向と略直交する接線であって、前記回動部材が前記送りねじに噛み合っている位置に近い側の接線と交差するレンズ鏡筒。
前記回動部材は、前記送りねじの周方向については単一の噛み合い位置で前記送りねじに噛み合い、
前記単一の噛み合い位置における前記送りねじの接線が、前記回動部材の前記回動軸と交差する請求項１に記載のレンズ鏡筒。
前記回動部材は、前記光軸と平行な方向に離間した一対の噛み合い位置で前記送りねじに噛み合い、
前記押し付け部材は、前記一対の噛み合い位置の中央で前記押し付け力を前記回動部材に作用させる請求項１または請求項２に記載のレンズ鏡筒。
前記光学保持部材は、前記光軸と平行な方向に離間した一対の嵌合位置で前記案内軸に嵌合する一対の嵌合部を有し、
前記一対の嵌合部の中央位置と、前記一対の噛み合い位置の中央位置は、前記光軸に直交する単一の面上に位置する請求項３に記載のレンズ鏡筒。
前記光学部材を保持した前記光学保持部材は、前記光軸方向について、前記一対の噛み合い位置の中央に重心を有する請求項４に記載のレンズ鏡筒。
請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒と、
前記レンズ鏡筒により形成される被写体像を撮像する撮像素子と
を備える撮像装置。