JP2013257369A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カム溝の直進溝に対する角度がどのような角度であっても光学性能に影響を与えず、スムーズにズーミングまたはフォーカシングを行うことができる光学装置を提供する。
【解決手段】光学素子を保持し、光学素子の光軸方向に移動する第１の鏡筒と、第１の鏡筒の移動に伴って、第１の鏡筒が移動する方向と同じ方向に移動する第２の鏡筒と、第１、第２の鏡筒に接続する第１、第２のカムフォロアを光軸方向に変位させる第１、第２のカム溝を備えるカム環と、第１、第２のカムフォロアを光軸方向に案内する第１、第２の直進溝を備える固定筒と、第１のカムフォロア、第２のカムフォロアを夫々光軸方向と交差する方向に付勢する付勢部材と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直進溝を配置した固定筒に対して、カム溝を配置したカム環が回動することで、直進溝およびカム溝に係合するカムフォロアを配置したレンズ鏡筒が光軸方向に移動し、ズーミングまたはフォーカシングを行う光学装置に関する。

光学素子を保持した少なくとも１つのレンズ鏡筒、レンズ鏡筒に取り付けられるカムフォロア、カムフォロアが係合する直進溝が配置された固定筒、カムフォロアが係合するカム溝が配置されたカム環で、基本的に光学装置が構成される。そして、ズーミングまたはフォーカシングのため、カムフォロアは光軸方向にのみ移動可能となるように直進溝に嵌合し、かつカムフォロアはカム環の回動に伴って直進溝に沿って所定量光軸方向へ移動するようにカム溝に嵌合している。

ここで、直進溝とカムフォロア、およびカム溝とカムフォロアとの嵌合状態は、部品公差によって変化する。また、環境温度変化に伴う線膨張や高湿時のカムフォロアの吸湿によっても、この嵌合状態は変化する。嵌合状態の変化によって嵌合が弛んでガタが生ずると、ガタ分だけレンズ鏡筒が動いてしまい、光学性能に影響が生じる。また、逆に嵌合がきつくなると、カム環の回動時のトルクが増大し、スムーズにズーミングまたはフォーカシングができなくなる。

この問題に対して、特許文献１では、ズーミングまたはフォーカシングしてもレンズ鏡筒と一定の間隔を常に保って移動する移動部材を配置し、レンズ鏡筒と移動部材の間に光軸方向に付勢する付勢手段を配置して嵌合状態のガタを除去するようにしている。また、特許文献２では、カム環の外側に固定筒を配置し、コイルバネの一端を固定筒の外周に固定し他端をカムフォロアに固定して構成している。

特許第３２０６１９９号公報 特開２０００−７５１９１号公報

ズーミングまたはフォーカシングに伴うレンズ鏡筒の光軸方向の移動量は、光学設計で決定しており、機種毎で異なる。即ち、カム環に配置されたカム溝の直進溝に対する角度は、機種毎に異なる。光学装置としては、直進溝に対してカム溝がどのような角度に配置された場合であっても、光学性能に影響を与えず、スムーズにズーミングまたはフォーカシングを行う必要がある。

しかしながら、特許文献１では光軸方向にのみ付勢する構成であり、カム溝の直進溝に対する角度が大きい状態（９０°に近い状態）では、光軸の周りの回転方向に付勢できない。このため、直進溝とカムフォロアのガタを除去できず、ガタ分だけレンズ鏡筒が動き、光学性能に影響が生じてしまう。

また、特許文献２では、コイルバネの端を固定筒に固定する構成のため、レンズ鏡筒の移動によってコイルバネの長さが変わり、付勢力が変化してしまう。この付勢力の変化のために、カム環の回動時のトルクも変化してしまい、スムーズにズーミングまたはフォーカシングを行うことができない。

本発明の目的は、カム溝の直進溝に対する角度がどのような角度であっても光学性能に影響を与えず、スムーズにズーミングまたはフォーカシングを行うことができる光学装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る光学装置の代表的な構成は、光学素子を保持し、前記光学素子の光軸方向に移動する第１の鏡筒と、前記第１の鏡筒の移動に伴って、前記第１の鏡筒が移動する方向と同じ方向に移動する第２の鏡筒と、前記第１の鏡筒に接続する第１のカムフォロアと、前記第１のカムフォロアに対し前記光学素子の光軸の周方向に変位した位置にあって前記第２の鏡筒に接続する第２のカムフォロアと、前記第１のカムフォロアを光軸方向に変位させる第１のカム溝、および前記第２のカムフォロアを光軸方向に変位させる第２のカム溝を備えるカム環と、前記第１のカムフォロアを光軸方向に案内する第１の直進溝、および第２のカムフォロアを光軸方向に案内する第２の直進溝を備える固定筒と、前記第１のカムフォロア、前記第２のカムフォロアを夫々前記光軸方向と交差する方向に付勢する付勢部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、カム溝の直進溝に対する角度がどのような角度であっても光学性能に影響を与えず、スムーズにズーミングまたはフォーカシングを行うことができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る光学装置としてのレンズユニットのコイルバネの付勢方向の説明図、（ｂ）は光軸方向から見たコイルバネ取り付け部の説明図である。。 本発明の実施形態に係る光学装置としてのレンズユニットの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る２群鏡筒と移動環とコイルバネの分解斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
図２に、本発明の実施形態である光学装置としてのレンズユニットの分解斜視図を示す。１０１は第１レンズ群を保持した第１鏡筒、１０２は第２レンズ群を保持した２群鏡筒、１０３は第３レンズ群を保持した第３鏡筒である。また、１０４は第４レンズ群を保持した第４鏡筒、１０５は第５レンズ群を保持した第５鏡筒、１０６は第６レンズ群を保持した第６鏡筒である。

第１鏡筒１０１はフォーカスレンズを保持し、第２鏡筒１０２、第３鏡筒１０３、第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５は、それぞれ第２乃至第５レンズ群としての変倍レンズを保持する。第６鏡筒１０６は、固定レンズ群である第６レンズ群としてのリレー系レンズを保持しており、マウント１１２の後端部にカムフォロア１０８を介して固定される。１０７は後述する移動環、１１１は固定筒である。

固定筒１１１の光軸方向後端部（第６鏡筒１０６側の端部）には、マウント１１２がビス止めされ、マウント１１２には光学機器本体に取り付けられるフランジ部が形成されている。１１３は、固定筒１１１の外周のうち前側（第１鏡筒１０１側）の領域に配置され、ギア部を備えて光軸の周りに回転する第１の回転環としてのフォーカスカム環である。１１４は、固定筒１１１の内周のうち後ろ側（第６鏡筒１０６側）の領域に配置され、光軸の周りに回転する第２の回転環としてのズームカム環である。

１０８Ａ乃至Ｇは、それぞれ第１鏡筒、移動環１０７、第２乃至第６鏡筒にビスで取り付けられたカムフォロアである。第１鏡筒１０１に接続するカムフォロア１０８Ａは、固定筒１１１に形成された第１鏡筒側の直進溝１１１Ａおよびフォーカスカム環１１３に形成されたカム溝１１３Ａに嵌合する。直進溝はカムフォロアを光軸方向に案内する機能を備え、カム溝は光軸の周りに回転されることでカムフォロアを直進溝に沿って光軸方向に所定量変位させる機能を備える。

第２鏡筒１０２乃至第６鏡筒１０６にそれぞれ接続するカムフォロア１０８Ｃ乃至１０８Ｇは、それぞれ固定筒１１１に形成された第６鏡筒１０６側の直進溝１１１Ｂおよびズームカム環１１４に形成されたカム溝１１４Ｂ乃至Ｅに嵌合する。後に詳述する移動環１０７に接続するカムフォロア１０８Ｂは、固定筒１１１に形成された直進溝１１１Ｅおよびズームカム環１１４に形成されたカム溝１１４Ａに嵌合する。

１１５はギア部を有し固定筒１１１の外周に配置されるズーム環であり、不図指の連結部材を介してズームカム環１１４と一体に回転する様に取り付けられる。１２１はアクチュエータとしてのモータユニットで、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ等のモータ本体と、該モータ本体の回転を減速して出力する減速ギヤボックスを含む。モータユニット１２１は、ビスにより保持部材１２２に固定される。そして、保持部材１２２はビスにより固定筒１１１に固定される。

（フォーカス駆動機構）
ここで、フォーカス駆動機構について説明する。第１鏡筒１０１の外周における周方向１２０°毎の３箇所には、カムフォロア１０８Ａが取り付けられている。第１鏡筒１０１に設けられたカムフォロア１０８Ａは、上述したように固定筒１１１に光軸方向に延びるように形成された直進溝１１１Ａに嵌合し、更にフォーカスカム環１１３に形成されたカム溝１１３Ａにも嵌合する。また、フォーカスカム環１１３は、固定筒１１１に対してバヨネット結合構造等によって、光軸方向への移動が阻止された状態で、光軸の周りに回転可能となっている。

フォーカスカム環１１３のギア部と噛み合ったモータユニット１２１を駆動すると、フォーカスカム環１１３が回転駆動される。そして、カム溝１１３Ａと直進溝１１１Ａに沿って第１鏡筒１０１に接続するカムフォロア１０８Ａが光軸方向に移動してフォーカシングが行われる。

（ズーム駆動機構）
ここでズーム駆動機構について説明する。上述したように、第２鏡筒１０２、第３鏡筒１０３、第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５は、それぞれ第２乃至第５レンズ群としての変倍系レンズを保持する。第２鏡筒１０２、第３鏡筒１０３、第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５が光軸方向に所定量移動することで、変倍（ズーム）が行われる。

第２鏡筒１０２、第３鏡筒１０３、第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５の外周における周方向１２０°毎の３箇所には、それぞれカムフォロア１０８Ｃ、１０８Ｄ、１０８Ｅ、１０８Ｆが取り付けられている。これら第鏡筒１０２乃至第５鏡筒１０５に設けられたカムフォロアは、固定筒１１１に光軸方向に延びるように形成された直進溝１１１Ｂに嵌合し、更にズームカム環１１４に形成されたカム溝１１４Ｅ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄにも嵌合する。

また、固定筒１１１の外周には、不図示の連結部材を介してズームカム環１１４と一体に回転するズーム環１１５が取り付けられている。ズームカム環１１４およびズーム環１１５は、固定筒１１１に対してバヨネット結合構造等によって光軸１１６の方向への移動が阻止された状態で光軸の周りに回転可能となっている。

ズーム環１１５のギア部と噛み合ったモータユニット１２１を駆動すると、ズーム環１１５が回転駆動される。ズーム環１１５が回転すると、これと一体的にズームカム環１１４が固定筒１１１に対して光軸の周りに回転する。ズームカム環１１４が回転すると、カム溝１１４Ｅ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄと直進溝１１１Ｂに沿って、カムフォロア１０８Ｃ乃至Ｆが取り付けられた第２乃至第５鏡筒１０２乃至１０５が、光軸方向に移動することで、ズーム駆動が行われる。

（移動環）
次に移動環１０７について、図１乃至図３を用いて説明する。以下に詳述するように、第１の鏡筒としての２群鏡筒１０２と、第２の鏡筒としての移動環１０７は、光軸方向の移動量が同じとなるように構成される（本実施形態では一体化）。図３で、１０２Ａ乃至Ｃは２群鏡筒１０２のカムフォロア１０８Ｃ（第１のカムフォロア）の取り付け部、１０７Ａ乃至Ｃは移動環１０７のカムフォロア１０８Ｂ（第２のカムフォロア）の取り付け部である。１０２Ｄは移動環回転規制軸、１０７Ｄは２群鏡筒回転規制穴であり、光軸１１６（図３）の周りの回転が規制される。

図３に示すように、移動環１０７の外周における回転方向１２０°毎の３箇所の取り付け部１０７Ａ乃至Ｃには、カムフォロア１０８Ｂが取り付けられる。移動環１０７に設けられたカムフォロア１０８Ｂは、固定筒１１１に光軸方向に延びるように形成された直進溝１１１Ｅに嵌合し、更にズームカム環１１４に形成されたカム溝１１４Ａにも嵌合する。直進溝１１１Ｂ（第１の直進溝）に対して、直進溝１１１Ｅ（第２の直進溝）は、ズームカム環１１４の周方向（回転方向）に６０°変位した位置に配置されている。また、カム溝１１４Ａも、カム溝１１４Ｅに対してズームカム環１１４の回転方向に６０°ずれて配置している。

ズームカム環１１４の回転に伴う２群鏡筒１０２と、移動環１０７との光軸方向の移動量が同じとなるように、カム溝１１４Ｅ（第１のカム溝）とカム溝１１４Ａ（第２のカム溝）とは同じカム形状に構成されている。２群鏡筒１０２には、移動環１０７とオーバーラップして一体化するように、カムフォロア１０８Ｃの取り付け部１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃが設けられる。

また、図１（ｂ）に示すように、移動環１０７には、２群鏡筒１０２とオーバーラップして一体化するようにカムフォロア１０８Ｂの取り付け部１０７Ｃがカムフォロア１０８Ｃの取り付け部１０２Ａに対し、周方向（回転方向）に６０°ずれて設けられている。カムフォロア１０８Ｂの取り付け部１０７Ａ、１０７Ｂも同様にカムフォロア１０８Ｃの取り付け部１０２Ｂ、１０２Ａに対し、周方向（回転方向）に６０°ずれて設けられる。

（付勢部材）
ここで、図１（ａ）に示すようにカムフォロア取り付け部１０２Ａとカムフォロア取り付け部１０７Ａの間には、コイルバネ１０９が設けられる。同様に、カムフォロア取り付け部１０２Ｂとカムフォロア取り付け部１０７Ｂ、カムフォロア取り付け部１０２Ｃとカムフォロア取り付け部１０７Ｃの間にもコイルバネ１０９が設けられる。ここで、コイルバネ１０９の付勢方向が、直進溝１１１Ｂとカム溝１１４Ｅのなす角度１３１の中間方向１３０と平行となるように、コイルバネ１０９がカムフォロア取り付け部１０２Ａとカムフォロア取り付け部１０７Ａに取り付けられる。

これにより、コイルバネ１０９は、第１のカムフォロアとしてのカムフォロア１０８Ｃ、第２のカムフォロアとしてのカムフォロア１０８Ｂを夫々光軸方向と交差する方向に付勢する。その結果、カムフォロア１０８Ｂと直進溝１１１Ｅおよびカムフォロア１０８Ｃとカム溝１１４Ｂの両方のガタと共に、カムフォロア１０８Ｃと直進溝１１１Ｂおよびカムフォロア１０８Ｃとカム溝１１４Ｅの両方のガタが除去される。

また、ズーム駆動を行った際も２群鏡筒１０２と移動環１０７は常に一定の間隔を保って光軸１１６の方向に移動するので、トルク変動が生じず、常にスムーズにズーム駆動を行うことができる。また、コイルバネ１０９をズームカム環１１４の内部に配置しているので、レンズユニットが大きくなることも回避することができる。

なお、移動環回転規制軸１０２Ｄと２群鏡筒回転規制穴１０７Ｄのガタ量は、カムフォロア１０８Ｃと直進溝１１１Ｂのガタ量よりも常に大きくなるように設定されているが、以下のように何ら問題を生じない。即ち、コイルバネ１０９を取り付けても、移動環回転規制軸１０２Ｄと２群鏡筒回転規制穴１０７Ｄとのガタ量以上にコイルバネ１０９が縮むため、移動環回転規制軸１０２Ｄと２群鏡筒回転規制穴１０７Ｄにより回転しない構成にできる。

以上、本実施形態によれば、カム溝の直進溝に対する角度がどのような角度であっても光学性能に影響を与えず、スムーズにズーミングまたはフォーカシングを行うことができるようになる。また、付勢手段を固定筒の内部に配置するため、レンズユニットは大きくならない。この結果、機種によらず高性能で高品位のレンズユニットが提供できるようになる。

（変形例）
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、請求項に記載の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
例えば、上記実施形態では、２群鏡筒１０２について述べたが、同様の構成をとることで１群鏡筒１０１、３群鏡筒１０３乃至５群鏡筒１０５のガタを除去することもできる。

（変形例２）
また、上述した実施形態では、コイルバネ１０９を引っ張って用いることで付勢力を発生させてガタの除去を行ったが、圧縮バネを用いて付勢力を発生させてガタの除去を行うこともできる。また、上述した実施形態では、コイルバネ１０９の付勢する方向を、直進溝とカム溝のなす角度が最も大きくなった位置での直進溝とカム溝のなす角度の中間方向であるとしたが、本発明はこれに限らない。即ち、光学素子を備える鏡筒の倒れまたは平行偏芯による光学性能の変化に対する敏感度が最も高くなる位置での、直進溝とカム溝のなす角度の中間方向とすることもできる。

また、上記実施形態では、カムフォロア取り付け部１０２Ａとカムフォロア取り付け部１０７Ａにコイルバネ１０９を取り付けたが、ズームカム環１１４の回転方向で位相がずれていれば他の部位へ取り付けることもできる。

（変形例３）
また、上記実施形態では、移動環回転規制軸１０２Ｄと２群鏡筒回転規制穴１０７Ｄで回転規制機構を構成したが、軸と穴を反対にしても回転規制機構を構成することができる。また、カムフォロア取り付け部１０２Ａ乃至１０２Ｃと、カムフォロア取り付け部１０７Ａ乃至１０７Ｃとのすき間誤差量が、カムフォロア１０８Ｃと直進溝１１１Ｂのガタ量よりも常に大きくなるように設定することでも回転規制機構を構成することができる。

（変形例４）
また、上記実施形態では、光学素子として透過型光学素子としてのレンズを示したが、本発明はこれに限らず、反射型光学素子としての凸面鏡や凹面鏡とすることもできる。

（変形例５）
また、上記実施形態では、光学素子を保持する第１の鏡筒としての第２鏡筒１０２と、
第２の鏡筒としての移動筒１０７とを一体化させて、第１の鏡筒、第２の鏡筒に接続するカムフォロア同士の光軸方向の位置を一致させたが、本発明はこれに限られない。即ち、
第１の鏡筒、第２の鏡筒に接続するカムフォロア同士の光軸方向の位置をずらせても良く、第２の鏡筒が第１の鏡筒と同じ動きをする構成であれば良い。例えば、第１の鏡筒、第２の鏡筒に接続するカムフォロア同士の方向が、図１（ａ）の直進溝１１１Ｂとカム溝１１４Ｅのなす角度１３１の中間方向１３０と一致するように構成し、この方向にコイルバネ１０９を設けることもできる。

１０２・・第２鏡筒、１０２Ａ・・カムフォロア取り付け部、１０７・・移動環、１０７Ａ・・カムフォロア取り付け部、１０８Ａ、１０８Ｂ・・カムフォロア、１０９・・コイルバネ、１１１・・固定筒、１１４・・ズームカム環

Claims (6)

1. 光学素子を保持し、前記光学素子の光軸方向に移動する第１の鏡筒と、
   前記第１の鏡筒の移動に伴って、前記第１の鏡筒が移動する方向と同じ方向に移動する第２の鏡筒と、
   前記第１の鏡筒に接続する第１のカムフォロアと、
   前記第１のカムフォロアに対し前記光学素子の光軸の周方向に変位した位置にあって前記第２の鏡筒に接続する第２のカムフォロアと、
   前記第１のカムフォロアを光軸方向に変位させる第１のカム溝、および前記第２のカムフォロアを光軸方向に変位させる第２のカム溝を備えるカム環と、
   前記第１のカムフォロアを光軸方向に案内する第１の直進溝、および第２のカムフォロアを光軸方向に案内する第２の直進溝を備える固定筒と、
   前記第１のカムフォロア、前記第２のカムフォロアを夫々前記光軸方向と交差する方向に付勢する付勢部材と、
   を有することを特徴とする光学装置。
2. 前記光学素子は、ズーミングまたはフォーカシングの際に光軸方向に移動するレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第１の鏡筒および前記第２の鏡筒の前記光軸の周方向への回転を規制する回転規制手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
4. 前記付勢部材の付勢する方向が、前記第１の直進溝と前記第１のカム溝のなす角度が最も大きくなった位置での前記第１の直進溝と前記第１のカム溝のなす角度の中間方向であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の光学装置。
5. 前記付勢部材の付勢する方向が、前記第１の鏡筒の倒れまたは平行偏芯による光学性能の変化に対する敏感度が最も高くなる位置での前記第１の直進溝と前記第１のカム溝のなす角度の中間方向であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の光学装置。
6. 前記第１のカム溝と前記第２のカム溝のカム形状は同じである請求項１乃至５のいずれか1項に記載の光学装置。