JP2013083721A - カムユニット、それを用いたズームレンズ用鏡筒、およびそれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ズーミングに用いられるカム構造において、カム溝とカムローラ間のガタを吸収し、滑らかに、かつ連続的にズーム調整が可能なカムユニット構造を提供する。
【解決手段】カム溝を有するカム筒と、カム筒のカム溝に嵌合されるカムローラと、移動セルに装着される段付きネジと、該段付きネジが貫通し前記カムローラを回転自在（嵌合）に装着固定するカムユニットにおいて、カムローラには、その最外周部に移動セルの中心軸側が先細となる第１のテーパ面が形成され、カム溝には第１のテーパ面と同方向でかつ異なる角度の第２のテーパ面が形成され、第１のテーパ面と第２のテーパ面とは点接触しカムローラに設けられた段差穴と、段差穴に収納されカムローラを移動セルの中心軸側に付勢する弾性体と、段付きネジに形成されたつば部とカムローラの段差穴に収納された弾性体とが、カムローラを押し下げる方向に前記カム溝内に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学機器部に装着された回転筒であるカム筒に対して対物レンズ等の移動レンズを保持した移動セルをカム筒を回転させることにより、移動レンズを保持したレンズ保持枠を光軸方向に移動させる機能を有するレンズ鏡筒に用いられるカムローラ及びカム溝を有するカムユニット、そのカムユニットを用いたズームレンズ用鏡筒やそのズームレンズ用鏡筒を用いたカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター等の光学機器に関するものである。

プロジェクターの投射光学などの光学系の多くは、ズーム用の変倍レンズやピント合わせ用のフォーカスレンズなど、光軸方向に移動するレンズを備えている。レンズを光軸方向に移動させるには、カム筒を回転してカム溝の形状にしたがってレンズ枠を進退させる機構などが多用されている。

特許文献１には、特にズーム用の変倍レンズは、移動量が大きく、また、２つ以上のレンズを同時に個別に移動させる構成が一般的である。カム筒を利用してレンズを移動させるには、移動レンズを保持したレンズ保持枠にカムフォロアを設け、このカムフォロアをカム筒に形成されたカム溝に係合させるとともに、レンズ保持枠の一部を固定筒の直進ガイドに係合させ、カム筒が回転したときにレンズ保持枠がカム溝の形状にしたがって光軸方向にのみ移動する構成が開示されている。

特許文献２には、カム筒の一方の端部側の外周面または内周面に一方の端部側に向かって一定角度で傾斜したテーパ面を形成し、カム筒を回転自在に支持する固定筒にテーパ面に摺接するテーパ受け面を形成し、テーパ面とテーパ受け面との摺接によりカム筒を固定筒に対して回転自在に支持させ、カム筒にはさらにカム筒が光軸方向に移動することを規制する規制手段を設けることで、摺接位置が光軸方向で変化しない機構が構成されている。テーパ面の加工精度を高いものにする必要があり、低コスト化への問題がある。

特許文献３には、光学素子を保持する保持枠と、保持枠に対して径方向に移動可能に設けられた先端がテーパ形状のカムピンと、前記カムピンの先端部が係合するカム溝を有するカム部材とを有し、カム部材が所定の方向に移動することのより保持枠を光軸方向に沿って移動可能とする光学機器の保持枠には、前記カムピンを径方向に摺動自在に方向外へ付勢するようにしたガタ寄せ機構が構成されている。板バネでは、嵌合穴と円弧状溝との嵌合精度を高くしないとガタがなくならないという問題とバネ部取り付け取り外しの装着に手間がかかるという問題ある。

特許文献４には、カム筒をスムーズに回転させることとカム筒の回転量とレンズの移動量との正確な相関関係を保つことができるレンズ鏡筒の提供を目的に、光軸回りに円筒状の固定筒と、固定筒の外周側に配され光軸回りに回転可能なカム筒と、内周側に配されたレンズ保持環と、レンズ保持環を光軸方向に付勢する付勢部材とその支持部材と、保持環用カムピンと、支持部材用カムピンと、カム筒にはそれぞれのカムピンが摺動可能に入り込めるカム溝を備えたレンズ鏡筒の構成が開示されている。

特許文献５には、鏡筒がズーミングによって移動する機構において、レンズ保持手段とレンズ移動手段との間のガタを防止してズーミング時の姿勢変化を減少し、結像性能を向上させるため、レンズズーミングのためレンズが移動しても、レンズ保持手段とレンズ移動手段とが互いに付勢し合う付勢手段を設けた構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１〜５の手法は、鏡筒のズーム機構のガタを防止するために加工精度を高くする必要があり製作上の高コスト化を避けられないことや、レンズのズーム動作が連続的にスムーズにできないという問題があった。

また、カムローラとカム筒の組み合わせによるカムユニットの従来技術（特許文献なし）について、図４、図５を用いて説明する。図４は、光学機器部５に装着された鏡筒部３０の全体概略図を示し、固定筒であるカム筒３３、カム筒３３の内側に配置される円筒状のライナー３２、更にライナー３２の内側に配置される円筒状の移動セル３１、カム筒に設けられたカム溝３４、カム溝３４に嵌合されるカムローラ３５、カムローラ３５を移動セル３１に装着させる装着ネジ３７が示されている。図５は、カム筒３３のカム溝３４に嵌合したカムローラ３５の装着部の断面を示す図である。鏡筒である移動セル３１と、移動セル３１にカムローラ３５を回転自在に装着するカムローラ嵌合用の装着ネジ３７の装着状態が示めされている。
カムローラ３５は、ライナー３２に形成されたカム溝状の溝部を介して、カム筒３３のカム溝３４に嵌合され、移動セル３１に、装着ネジ３７により装着される。カム溝３４は、中心軸方向が先細となるテーパ状に形成され、カムローラ３５がカム溝３４に装着され易く構成されている。カムローラ３５は、段差がある円筒状となっておりその最外周面は、カム溝３４のテーパ面とは点接触することになる。カム溝３４のテーパ面と点接触するカムローラ３５の最外周面は、あくまで点接触となる。このため、カムローラとカム溝の点接触による材料の磨耗が回転精度に影響を与える場合がある。
上記の説明のように、カム筒３３及びカム溝３４、カムローラ３５で、従来技術における基本的なカムユニットを構成している。

このような従来技術においては、カム筒３３のカム溝とカムローラ３５の最外周面との製作精度が高いことが要求され、カム溝寸法とカムローラの最外周寸法の差が重要となる。寸法差が大きいとカムユニットとしてガタが生じ、寸法差が少ないとカムユニットとしての動きがスムーズでなくなり、レンズのズーミング動作に影響を与えるという問題がある。

特開２００６−１２６５３７号公報 特開２００５−１０４０４５号公報 特開２００７−１４４７４６号公報 特開２００７−１７１４９８号公報 特開２００７−１７１４９３号公報

本発明は、プロジェクターなどのズームレンズの鏡筒に用いられるカムユニット構造において、カム溝とカムローラであるカムフォロアとの間にガタがある場合にも、そのガタを吸収し、滑らかに、かつ連続的にズーム調整が可能なカムユニット構造を提供することを目的としている。さらにこのカムユニット構造を用いたズームレンズ鏡筒の提供を目的とする。さらにこのズームレンズ鏡筒を用いた光学機器の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載の通り、カム溝を有するカム筒と、該カム筒の内側に配置されるライナーと、該ライナーの内側に配置される移動セルと、カム筒のカム溝に嵌合されるカムローラと、該ライナーを介して、該移動セルに装着される段付きネジ（ローラ嵌合固定ネジ）と、該段付きネジが貫通し前記カムローラを回転自在に装着固定され、前記移動セルに対して前記カム筒を回転させたことにより、該移動セルをその中心軸方向に移動可能に前記カム溝とカムローラが摺動するカムユニットにおいて、
前記カムローラには、その最外周部に前記移動セルの中心軸側が先細となる第１のテーパ面が形成され、前記カム溝には前記第１のテーパ面と同方向でかつ異なる角度の第２のテーパ面が形成され、前記第１のテーパ面と前記第２のテーパ面とは点接触し、前記カムローラに設けられた段差穴と、該段差穴に収納され前記カムローラを前記移動セルの中心軸側に付勢する弾性体と、前記段付きネジに形成されたつば部と前記カムローラの段差穴に収納された弾性体とが、前記カムローラを押し下げる方向に前記カム溝内に配置されていることを特徴とするカムユニットである。

本発明によれば、プロジェクターなどのズームレンズの鏡筒に用いられるカム構造において、カム溝とカムフォロアとの間にガタがある場合にも、そのガタを吸収し、滑らかに、かつ連続的にズーム調整が可能なカム構造の提供が可能になる。さらにこのカム構造を用いたズームレンズ鏡筒の提供も可能になる。さらにこのズームレンズ鏡筒を用いた光学機器の提供も可能になる。

本発明に係るカムユニットを用いたズームレンズの鏡筒部の一例を示す全体概略図である。 本発明に係るズームレンズ鏡筒部の一例を示す分解図である。 本発明の実施形態のカムユニットの基本構成を示す図である。図３（ａ）は、カムユニットの構成を示す断面図である。図３（ｂ）は、カムユニットの拡大図である。 従来のズームレンズ鏡筒部の一例を示す全体概要図である。 従来のカムユニットの基本構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図３を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態である、本発明に係るカムユニットを用いたズームレンズの鏡筒部の一例を示す全体概略図である。
図２は本発明に係るズームレンズ鏡筒部の一例を示す分解図である。図３は、本発明の実施形態のカムユニットの基本構成を示す図である。図３（ａ）は、カムユニットの構成を示す断面図である。図３（ｂ）は、カムユニットの拡大図である。
図１に示すズームレンズ鏡筒部１０は、図１〜図３に示すように、円筒状の鏡筒の中心軸を光軸とするものであり、図示しないレンズが所要箇所に配置されている。光学機器部５に装着された鏡筒部１０は、カム溝１４が形成されたカム筒１３と、カム１３筒の内部に配置されたライナー１２と移動セル１１と、移動セル１１に固定された段付きネジ（ローラ嵌合固定ネジ）１７、段付きネジ１７が貫通し回転自在に移動セル１１に装着され、カム１３のカム溝１４に嵌合、装着されたカムローラ１５とを少なくとも有するカムユニット構成となっている。光学機器部５と鏡筒部１０の装着は、公知の回転可能なはめ込み方式等で行われる。
なお図２において、カム溝１４ａ，１４ｂ、カムローラ１５ａ、１５ｂ、段差ネジ１７ａ、１７ｂと別々の符号が付される場合以外は、総称してカム溝１４、カムローラ１５、段差ネジ１７と称するものとする。

移動レンズ部１は、例えば移動セル１１の先端部に装着され、カム筒１３の回転動作によりズーミングされる。
移動レンズ部１は例えば移動セル１１の先端部に装着され、カム筒１３を移動セル１１に対して回転させることにより、カム筒１３とライナー１２に案内された移動セル１１が光軸方向に移動し、レンズのズーム機能を行うものである。ライナー１２には、カム筒１３とライナー１２の光軸方向への移動を規制し、光軸方向の回転のみを可能にするカムローラ１５ａが段付ネジ１７ａにより装着され、カム筒１３のカム溝１４ａの対応する位置に嵌合される。カム溝１４ａは、光軸方向に直角な方向に溝が形成され、ライナー１２の光軸方向への移動を規制している。
また、移動セル１１に装着されるカムローラ１５ｂと段付ネジ１７ｂは、カム筒１３のカム溝１４ｂに嵌合されて装着する構成となっており、カム筒１３がズーミング動作により回転されると、カム溝１４ｂの傾斜角度に沿って移動セル１１を光軸方向に移動させる。段付ネジ１７ａと１７ｂは、段付ネジ１７ｂの方が、長さ以外の基本構造は同一構成となっている。カムローラ１５ａと１５ｂおよびカム溝１４ａと１４ｂのテーパ面形成もそれぞれ同一構成である。

カム溝１４ａとカム溝１４ｂのなす角度は、ズーミング量により適宜選択されるものであるが、
図１における角度θは、移動セル１１の中心軸側に移動させるためにカム筒１３に設けたカム溝１４ｂの角度であるが、角度θをカム筒１３の中心軸方向に直角な方向に対して１０度〜４０度の範囲とすることが好ましい。１０度未満であると回転に伴うズーミング量が小さくなり、４０度を超えると回転に伴うズーミング量は大きくなるが、ズーミングの微調整ができにくくなる場合がある。また、微調整を可能にするためには、カムローラとカム溝間のテーパ面の嵌合精度を高める必要が生じる場合がある。ただし角度θは、回転ズーミングのための光軸方向の移動距離と回転角度調整の必要条件により適宜設定され決定されるものである。

ライナー１２には、カムローラ１７ｂの動作を妨害しないように、穴部２１が形成されている。

カムローラ１５ａおよび１５ｂ（総称して、カムローラ１５）には、その円筒外周部に、円筒状の移動セル１１の中心軸側方向に先細となる第１のテーパ面１９が形成され、カム筒１３のカム溝１４にはカムローラ１５のテーパ部と同方向の第２のテーパ面２０が形成され、第１のテーパ面１９と第２のテーパ面２０とが点接触ないし線接触となるように異なる角度のテーパ面が形成されている。テーパ角度の差を小さくとると材料の変形にもよるが線接触に近い状態とすることができ、材料の磨耗による回転ズーミングに与える影響を軽減することが可能になる場合がある。
カムローラ１５に設けられた段差穴１６と、その段差穴１６に収納され、カムローラ１５を移動セル１１の中心軸側に付勢する弾性体１８が、段付きネジ１７に形成されたつば部とにより、図３（ｂ）の矢印に示す方向に押し下げる方向に付勢する。カムローラ１５を押し下げる方向にてカム溝１４と嵌合させるようにした構成としている。弾性体１８は、図３の実施例では、コイル状のバネとしているが、例えば中空円筒状のゴム材のようなカムローラ１５を押し上げる構造の弾性体であっても構わない。
カムローラ１５は、弾性体１８によりカムローラ１５のみが中心軸方向に押し下げられることにより、テーパ角度の異なる第１のテーパ面１９と第２のテーパ面２０とが点接触しながら、カムローラ１５とカム１３のカム溝１４に嵌合され続ける。このため、カムローラ１５の最外周部とカム溝１４とが、テーパ面の点接触部を介して、隙間なく嵌合され続けることができ、カムローラとカム溝間のガタを防止することが可能になり、スムーズなズーミング動作が可能になる。

以上説明したように、本発明のカムユニットおよびズームレンズ用鏡筒、それを用いた光学機器によれば、ガタのないスムーズなズーミング動作をさせるのに適している。

１…移動レンズ部
５…光学機器部
１０…鏡筒部
１１…移動セル
１２…ライナー
１３…カム筒
１４…カム溝
１５…カムローラ
１６…段差穴
１７…段付ネジ
１８…弾性体
１９…第１のテーパ面
２０…第２のテーパ面
２１…穴部
３０…鏡筒部
３１…移動セル
３２…ライナー
３３…カム筒
３４…カム溝
３５…カムローラ
３７…装着ネジ

Claims (4)

1. カム溝を有するカム筒と、該カム筒の内側に配置されるライナーと、該ライナーの内側に配置される移動セルと、カム筒のカム溝に嵌合されるカムローラと、該ライナーを介して、該移動セルに装着される段付きネジと、該段付きネジが貫通し前記カムローラを回転自在に装着固定され、前記移動セルに対して前記カム筒を回転させたことにより、該移動セルをその中心軸方向に移動可能に前記カム溝とカムローラが摺動するカムユニットにおいて、
   前記カムローラには、その最外周部に前記移動セルの中心軸側が先細となる第１のテーパ面が形成され、前記カム溝には前記第１のテーパ面と同方向でかつ異なる角度の第２のテーパ面が形成され、前記第１のテーパ面と前記第２のテーパ面とは点接触し、前記カムローラに設けられた段差穴と、該段差穴に収納され前記カムローラを前記移動セルの中心軸側に付勢する弾性体と、前記段付きネジに形成されたつば部と前記カムローラの段差穴に収納された弾性体とが、前記カムローラを押し下げる方向に前記カム溝内に配置されていることを特徴とするカムユニット。
2. 請求項１のカムユニットにおいて、前記移動セルを該移動セルの中心軸側に移動させるために前記カム筒に設けたカム溝の角度を、前記カム筒の中心軸方向に直角な方向に対して１０度〜４０度の範囲としたことを特徴とするカムユニット。
3. 請求項１又は２記載のカムユニットを装着したことを特徴とするズームレンズ用鏡筒。
4. 請求項３に記載のズームレンズ用鏡筒を用いたことを特徴とする光学機器。

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