JP2014163965A - レンズ鏡筒および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 沈胴可能なレンズ鏡筒において、繰り出した状態で鏡筒の傾きやズレの姿勢精度を確保し、光学性能を高い状態に保つ。
【解決手段】 固定筒１と、固定筒に対して回転可能に支持され、第１のカム領域、第２のカム領域を備えるカム部２１を有するカム環２と、第２のカム領域において、カム環の回転により、固定筒に対して光軸方向に進退する直進筒３と、固定筒に設置され、直進筒の光軸方向の進退を案内する直進ガイド部１１と、直進筒に設置され、カム部と係合するカムフォロア部３１と、直進筒に設置され、直進ガイドと係合する直進キー部と、第１のカム領域において、固定筒と直進筒とをロックする付勢力を発生し、第２のカム領域において、固定筒と直進筒とをロックしない付勢手段２５とを有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、デジタルカメラ等に使用する、沈胴構造をもつレンズ鏡筒および撮像装置に関するものである。

沈胴可能なレンズ鏡筒を有するデジタルカメラにおいて、撮影時は光軸方向の全長を長い状態で、所望の光学性能を確保し、非撮影時には、携帯性を高めるために沈胴させて全長を短くするということが行われている。特許文献１では、沈胴状態から撮影可能な鏡筒を繰り出した状態で、外力等によって繰り出した鏡筒が繰り込まれてしまうことを防止するためにロックする機構を設けている。

特開平８−２９７３０７号公報

特許文献１で開示されているロックの構成では、ロックされた状態で、外から押圧力を受けても光軸方向に移動することがない。しかし、このロックされた状態においても、繰り出した鏡筒と固定部材の間にガタを有し、レンズを保持している１群レンズ枠等が傾く可能性がある。そのため、レンズの倒れや偏芯に敏感な光学系においては、光学性能の低下が懸念される。

（発明の目的）
本発明の目的は、繰り出した状態で鏡筒の傾きやズレの姿勢精度を確保し、光学性能を高い状態に保つことができる沈胴可能なレンズ鏡筒および撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ鏡筒は、固定筒と、前記固定筒に対して回転可能に支持され、第１のカム領域、第２のカム領域を備えるカム部を有するカム環と、前記第２のカム領域において、前記カム環の回転により、前記固定筒に対して光軸方向に進退する直進筒と、前記固定筒に設置され、前記直進筒の光軸方向の進退を案内する直進ガイド部と、前記直進筒に設置され、前記カム部と係合するカムフォロア部と、前記直進筒に設置され、前記直進ガイドと係合する直進キー部と、前記第１のカム領域において、前記固定筒と前記直進筒とをロックする付勢力を発生し、前記第２のカム領域において、前記固定筒と前記直進筒とをロックしない付勢手段とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、沈胴可能なレンズ鏡筒において、繰り出した状態で鏡筒の傾きやズレの姿勢精度を確保し、光学性能を高い状態に保つことができる。

本発明の実施例１であるレンズ鏡筒の撮影時における光軸を含む断面図である。 実施例１の正面図である。 実施例１の撮影時におけるカム構造の光軸を含む断面図である。 実施例１のカム環とガイドバーとの嵌合状態を説明する断面図である。 実施例１のラック周辺の詳細説明図である。 実施例１のロックバネ周辺の詳細説明図である。 実施例１の繰出し／沈胴動作を示すフローチャートである。 実施例１の沈胴動作を説明するカム構造の光軸を含む断面図である。 実施例１の沈胴動作を説明するレンズ鏡筒の光軸を含む断面図である。 実施例１のカム溝とカムフォロアの関係を説明する展開図である。 本発明の実施例２のロックバネ周辺の詳細説明図である。 実施例２のカム溝とカムフォロアの関係を説明する展開図である。 本発明の実施例３のロック時における力の関係を説明する図である。 実施例３のカムフォロアとロックバネの関係を説明する図である。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例１ないし３に記載される通りである。

図１ないし図１０を参照して、本発明の実施例１であるレンズ鏡筒について説明をする。このレンズ鏡筒は、撮像装置としてのデジタルカメラに着脱可能なものでもよいし、一体型のものでよい。

＜構成＞
図１は、実施例１における使用状態のレンズ鏡筒の光軸を含む断面図である。紙面上で左側が被写体側、右側が像面側になる。１はレンズ鏡筒の固定筒である。固定筒１に対して、カム環２が光軸中心周りに回転可能に取りつけられている。カム環２は、繰込み側ストッパ２１１（図２）と繰出し側ストッパ２１２（図２）の間を回転可能である。１１１は、回転ストッパで、カム環２を挿入後に固定筒１に不図示のビス留め等により設置される。カム環２は、不図示のモータ等の駆動源により回転させられる。例えば駆動源としてステッピングモータ等を使用すると、パルスカウントによりカム環２の回転量を制御することが可能である。カム環２は、非撮影時、撮影時を含めて、製品に組み込まれた状態では、図４に示すように固定筒１のバヨネット爪１３（図３）により光軸方向に移動することが規制されている。固定筒１には、直進ガイド部を構成する直進ガイド１１（図２、図３）が設置されている。直進ガイド１１は、光軸に沿った溝であり、直進キー部を構成する直進キーを兼ねたカムフォロア３１が光軸周りに回転することを規制している。円周方向に３カ所設置することで、光軸以外の方向の移動を全て規制することができる。本実施例１においては、カムフォロア３１が直進キーを兼用しているが、カムフォロアと直進キーを別の箇所に構成することも可能である。カムフォロア部を構成するカムフォロア３１は、直進筒３に設置され、直進ガイド１１に対応して３カ所設置されている。直進ガイド１１に沿ってカムフォロア３１は、カム部を構成するカム溝２１とも当接（係合）して、カム環２の回転と共にカム溝２１に沿って直進筒３を光軸方向へ進退させる。

第２の案内部を構成するメインガイドバー６ａは、ステンレス等から成る円柱形状をしており、直進筒３に取り付けられ、光軸と平行な方向に延出するように保持されている。第１の案内部であるメインガイドバー６ｂと案内部であるサブガイドバー６ｃは、固定筒１に取り付けられ、光軸と平行な方向に延出するように保持されている。メインガイドバー６ａ、メインガイドバー６ｂ、サブガイドバー６ｃの配置を図２を用いて説明する。メインガイドバー６ａとメインガイドバー６ｂは、図２においては、円周上の異なる位相に配置されている。固定される部品が異なるために、光軸中心からの配置距離も異なっている。なぜなら２本のメインガイドバー６ａ、６ｂは、沈胴可能な構造とするために、正面図上で重なった配置とすることが難しいからである。メインガイドバー６ａ、メインガイドバー６ｂに対して、サブガイドバー６ｃは、出来るだけ離れた位置に設置することで、光軸周りの回転ガタを小さくすることができる。９ａは、光学部材の一部であるレンズ枠４が光軸方向に進退可能となるように、円形状で光軸と直交する平面内の移動を規制し、メインガイドバー６ａと嵌合している嵌合部である。同様に９ｂは、レンズ枠４が光軸方向に進退可能となるように、円形状で光軸と直交する平面内の移動を規制するようにメインガイドバー６ｂと嵌合している嵌合部である。嵌合部９ａ、および嵌合部９ｂを、光軸と直交する平面内でみた図が、図４（ａ）である。嵌合部９ａ、嵌合部９ｂが、メインガイドバー６ａ、メインガイドバー６ｂにより光軸に直交する平面内での移動が規制され、光軸方向にガイドされる構造となっている。また、図１で示すように、嵌合部９ａと嵌合部９ｂは、光軸方向に離れた位置に設置されている。離間距離Ｌ（図１）が長ければ長いほど、レンズ枠４に設置された光学部材の一部であるレンズ５はメインガイドバー６ａ、メインガイドバー６ｂに対して倒れにくくなる。９ｃは、レンズ枠４が光軸方向に進退可能となるように、サブガイドバー６ｃと微小な隙間を持って嵌合している嵌合部である。嵌合部９ｃは、嵌合部９ａ及び嵌合部９ｂと多重嵌合を避けるために光軸周りにレンズ枠４が回転する方向のみを規制するような嵌合状態とすることが多い。具体的には、嵌合部９ｃは、図４（ｂ）に示すように、光軸と直交する平面内の回転を規制する方向にのみガイドされる構造となっている。これにより、光軸と直交する面内での偏芯が抑制される。以上のように３本のガイドバーを使用することで、レンズ枠４に設置されたレンズ５は、光軸方向に対して偏芯、倒れを発生しにくい構造となり、光軸保持精度を維持したまま光軸方向のみに進退することが可能となる。

次にレンズ枠４を光軸方向に進退させる機構部品について説明する。４１は、レンズ枠４に設置されたラックである。図５を使ってラック４１の周囲の構造を詳細に説明する。ラック４１は、回転軸４１ａを支点にして光軸周りに回転可能な状態となっている。光軸方向には、レンズ枠４とラック４１は一体で動作可能な状態で設置されている。４２はトーションバネであり、ラック４１を紙面上において時計回りに回転付勢している。ラック４１と送りねじ７との当接部には、図５（ｂ）に示すようにネジ部４１ｃが形成されている。ネジ部４１ｃは送りねじ７のねじピッチと同設定になっており、ラック４１と送りねじ７を螺合している。送りねじ７はモータ８（図１）の回転軸上に設置されており、モータ８の回転と共に送りねじ７を回転することになる。以上の構造により、ラック４１は、レンズ枠４を光軸と直交する面内方向には規制せずに、光軸方向にのみ進退することが可能となる。つまり、ガイドバー６ａ〜６ｃとの嵌合による規制と干渉することはなく、レンズ枠４を光軸方向に進退させることが可能である。本実施例１においては、モータ８はステッピングモータを使用して、パルス数をカウントすることで、光軸方向に動いた相対量を把握することができる。１５（図１）はフォトインタラプタなどの位置検出手段であり、遮光壁４５（図１）が位置検出手段１５と光軸方向の位置が重なる位置を検出することができる。位置検出手段１５と遮光壁４５を使用することで、レンズ枠４の光軸方向の絶対位置を把握することができる。以上より、レンズ枠４の光軸方向の絶対位置を把握後にモータ８のパルス数をカウントすることで、光軸方向の位置を常に把握することが可能となる。

＜ロック構造＞
次に、直進筒３を繰り出した状態で、メインガイドバー６ａとメインガイドバー６ｂの相対位置精度を安定させるために、直進筒３をロックする構造を有している。以下にロックする構造について詳細を説明する。図６（ａ）は、撮影状態における直進筒３がロックされた状態の光軸方向に沿った断面図である。２５は付勢手段としてのロックバネであり、ＳＵＳ等のバネ部材から成り、カム環２のカム溝２１に不図示のビス留めや接着により取り付けられている。ロックバネ２５が挿入しやすいように、カム環２には貫通穴２２が設置されている。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＴ方向、つまり紙面上面からみた上面図である。図６（ｂ）に図示しているように、ロックバネ２５はＵ字形状をしており、鏡筒がロックされた状態では、Ｕ字が開く方向に付勢力が働くことになる。付勢力のつり合いを図６（ａ）を用いて説明する。ロックバネ２５はＵ字が開く方向にＦ０１、Ｆ０２の力を発生する。Ｆ０１はカムフォロア３１に作用し、当接部を構成する当接面１２で当接し、固定筒１から反力Ｆ０３を受ける。一方Ｆ０２は、カム環２に作用し、その力がバヨネット爪１３で固定筒１から反力Ｆ０４を受ける。反力Ｆ０３と反力Ｆ０４は、共に固定筒１に反対向きに作用することでつり合う。

カムフォロア３１は図６（ｂ）に示すように、単純な円筒形状ではなく、当接面１２と当接する面が平面になっている。当接面１２は、直進筒３、固定筒１共に事前に相対精度が確保された状態で加工されており、カムフォロア３１が当接面１２に押圧された状態では、メインガイドバー６ａ、メインガイドバー６ｂの相対精度が確保できることになる。本実施例１においては、カムフォロア３１が円周方向に３カ所設置されており、ロックバネ２５も同位相に３カ所設定される。当接面１２の３面に対して、カムフォロア３１がそれぞれ押し付けられることで、固定筒１と直進筒３のスラスト方向位置が確実に決まることになる。これにより固定筒１と直進筒３の相対的な倒れは変動が抑制できる。以上より、撮影状態において、メインガイドバー６ａとメインガイドバー６ｂの傾きやズレの姿勢精度が確保され、レンズ枠４が精度よく光軸方向に進退することが可能となる。

＜繰出し＆ロック動作＞
次に、図７（ａ）のフローチャートに沿って、非撮影状態から、直進筒３が繰り出して、ロックバネ２５によりロックされ、撮影可能な状態になるまでの流れを説明する。ステップＳ１１１では、カム環２を、被写体と反対側から見て反時計回りに、第２のカム領域（図１０の２０２）全域を回転させる。直進筒３は、カム環２の回転により繰り出され、図８（ａ）のような状態になる。この状態では、直進筒３はロックされておらず、固定筒１に対してガタを有している。ステップＳ１１２では、カム環２を、さらに回転させて、第１のカム領域（図１０の２０１）全域を回転させる。第１のカム領域では、直進筒３は進退しない。カムフォロア３１とロックバネ２５は接触していない状態から、カム環２の回転によりロックバネ２５が同時に回転して、カムフォロア３１に接触する。さらに第２のカム領域全域を回転させ終わると、ロックバネ２５を所定量チャージすることで、図６（ａ）に示すようなＦ０１、Ｆ０２を発生し、固定筒１と直進筒３の相対位置がロックされた状態となる。以上までのシーケンスにより、レンズ枠４が光軸方向に進退可能な保持状態となった。ステップＳ１１３は、レンズ鏡筒のズームやフォーカス等の状態によりモータ８を駆動して、レンズ枠４を所望の位置に進退させることが可能であるというシーケンスを示している。以上より、撮影時には全長を長くしてロックすることで、レンズの倒れなどの保持精度を向上し、光学性能を高い状態に保つことが可能である。また、非撮影時には、沈胴により小型化し、携帯性が向上する。本実施例１においては、保持精度を維持したいレンズ枠４は、メインガイドバー６ａ、メインガイドバー６ｂにより支持されているが、直進筒３とレンズ枠４が一体で形成されていても、同様の効果が得られる。

＜ロック解除＆沈胴動作＞
次に、図７（ｂ）のフローチャートに沿って、沈胴動作を説明する。シーケンスの開始の時点では、レンズ鏡筒は撮影可能な状態となっている。そして非撮影状態になるまでの沈胴動作のシーケンスを説明する。ステップＳ１０１は、モータ８を動作させて、レンズ枠４を動かし、最も像面側へ移動させる。レンズ鏡筒の断面図としては、図８（ａ）、図９（ａ）のような状態になる。レンズ枠４の位置はモータ８のパルスカウントにより把握しているため、移動に必要なパルスカウントに従ってモータ８を動作させることができる。また、本実施例１においては、位置検出手段１５が像面に近い側に配置されており、もし何らかの事情によりモータ８のパルスカウント情報にずれが発生したとしても、レンズ枠４が像面側に近づいた時点で光軸方向の絶対位置を再認識することで、パルスカウントと絶対位置の関係を補正することが可能である。

次に図７（ｂ）のステップＳ１０２は、カム環２を回転させて、ロックを解除する動作である。図１０を用いて、ロックを解除する動作を説明する。撮影状態では、図１０（ａ）にあるようにカムフォロア３１がロックバネ２５により付勢され、ロックされた状態になっている。この状態からカム環２を被写体と反対側から見て反時計まわりに回転させると、図１０（ｂ）の状態に移る。カムフォロア３１は、ロックバネ２５から離れ、付勢力を受けない状態になる。この第１のカム領域２０１においては、カム溝２１は、光軸方向に対して直交しており、カムフォロア３１は光軸方向には、ほぼ進退しない。この第１のカム領域２０１においては、直進筒を進退させるためのトルクは必要とせず、ロックバネ２５の付勢による摩擦力に抗するトルクのみが必要となる。

次に図７（ｂ）のステップＳ１０３では、カム環２を回転させて、直進筒３を退避する動作である。図１０（ｂ）の状態からカム環２をさらに回転させ、カムフォロア３１を光軸に沿って被写体とは反対側へ移動し、図１０（ｃ）の状態になるまでカム環２を回転させる。つまり第２のカム領域２０２の区間で、直進筒３が退避することになる。この領域では、ロックバネ２５は作用していないため、直進筒３を進退させるトルクのみが必要となる。

以上で沈胴動作が完了しし、図８（ｂ）、図９（ｂ）のような状態となる。以上のような動作とすることで、直進筒３をロックし、レンズ枠４の傾きやズレの姿勢精度を向上させる機能と直進筒３を沈胴させるために光軸方向へ進退させる機能をカム環２の回転のみで実現することが可能となる。直進筒３と固定筒１を他の部材を介在せずに直接押し付けることで、より高精度な位置を確保できる。また事前にレンズ枠４を退避しておくことで、直進筒３とレンズ枠４の干渉を回避でき、ラック４１と送りねじ７のネジ山を乗り越えるなどの事故も防止できる。

次に、図１１を用いて、本発明の実施例２を説明する。

実施例１と共通する構成については説明を割愛し、本実施例２で特有の項目のみを説明する。図１１は、使用状態のレンズ鏡筒のロック部の詳細説明図である。ロックバネ２５は、カム環２とバヨネット爪１３の間に位置し、カム環２側に取り付けられている。また、実施例１で説明した貫通穴２２は存在せず、ロック時のカムフォロア３１付近は、より簡素な構造となっている。これにより、カムフォロア３１付近の空間で部品が密とならず、ロックバネ２５の設計自由度を確保できる。ロックバネ２５は、カム環２と固定筒１に設置されたバヨネット爪１３の間で付勢力を発生し、Ｆ３１とＦ３２のように作用する。Ｆ３１は、カムフォロア３１からＦ３４の反力を受けて、カム環２の中で吊り合う。一方Ｆ３２は、カムフォロア３１からＦ３３の反力を受けて、固定筒１の中で吊り合う。沈胴するシーケンスは、実施例１と同様に図７（ｂ）で表される。異なる点のみを図１２を用いて説明する。図１２（ａ）は、使用状態であり、カム環２が第１のカム領域２０１にあり、ロックバネ２５とバヨネット爪１３がロックされた状態である。図１２（ｂ）は、カム環２が少し回転し、ロックが解除された状態である。さらにカム環２が回転すると、図１２（ｃ）に示されるようにロックは解除されたまま、カムフォロア３１が沈胴位置まで移動し、沈胴動作が完了する。

以上により、撮影時に繰り出した直進筒３の傾きやズレの姿勢精度を向上させ、光学性能を高い状態に保つことができる。また非撮影時には、小型化により携帯性が向上する。

次に、図１３、図１４を用いて、本発明の実施例３について説明する。

実施例１と共通する構成については説明を割愛し、本実施例３の特有の項目のみを説明する。図１４（ａ）は、図６（ａ）のＴ方向から見た上面図である。ロックバネ２６は、実施例１のような単純な「つ」の字形状とは異なり、先端がすぼまった形状となっている。カムフォロア３２は、第１の当接部を構成する当接面１２ａと、当接方向が異なる第２の当接部を構成する当接面１２ｂの２箇所で両方に当接できるように、図１３（ａ）でみて、２つの平面部を有する。ロックバネ２６は、紙面の左下方向に付勢力が発生し、当接面１２ａ、１２ｂの２箇所共がカムフォロア３２と当接している。力のつり合いに関しては後述する。ロックバネ２６は、カムフォロア３２の設置数と同じ３カ所にあるため、これにより直進筒３は、光軸方向に固定されるのみならず、光軸と直交する平面内でも固定される。つまり直進筒３は、固定筒１に対して光軸に対する偏芯方向も位置精度が確保できる。図１４（ｂ）ないし図１４（ｄ）は、カム環２の回転によってロックバネ２６が変形する様子をしめしている。図１４（ｂ）は、直進筒３がロックされた状態である。次に図１４（ｃ）は、カム環が少し回転し、ロックバネ２６が変形して、カムフォロア３２を乗り越える途中である。その後、図１４（ｄ）のようにロックバネ２６はカムフォロア３２を乗り越え、変形が解除され、自由状態の形状となる。次に直進筒３がロックされた状態における力のつり合いについて説明する。図１３（ａ）は、ロックされた状態で発生する力をしめしている。ロックバネ２６からは、Ｆ２０の方向に力が発生している。これを分力として分解したものが、Ｆ０１とＦ１１である。Ｆ０１とＦ１１は、当接面１２ａと当接面１２ｂの当接方向の双方に生じた分力である。Ｆ０１のように光軸方向の力のつり合いに関しては、実施例１と同じであり、説明を割愛する。Ｆ１１のように光軸と直交する方向の力のつり合いを説明する。ロックバネ２６はカム環２に固定されており、Ｆ１１、Ｆ１２の力を発生する。Ｆ１１はカムフォロア３２に作用し、当接面１２ｂと当接し、固定筒１から反力Ｆ１３を受ける。一方Ｆ１２は、カム環２に作用し、その力が図１３（ｂ）に示すように、繰出し側ストッパ２１２で固定筒１に設置された回転ストッパ１１１から反力Ｆ１４を受ける。反力Ｆ１３と反力Ｆ１４は、共に固定筒１に反対向きに作用することでつり合う。

以上により、撮影時には繰り出した直進筒３の全方向の傾きやズレの姿勢精度を向上させ、光学性能を高い状態に保つことができる。また非撮影時には、小型化により携帯性が向上する。

１ 固定筒
２ カム環
３ 直進筒
１１ 直進ガイド
２１ ガイド溝
２５、２６ ロックバネ
３１、３２ カムフォロア（直進キー）
２０１ 第１のカム領域
２０２ 第２のカム領域

Claims (9)

1. 固定筒と、
   前記固定筒に対して回転可能に支持され、第１のカム領域、第２のカム領域を備えるカム部を有するカム環と、
   前記第２のカム領域において、前記カム環の回転により、前記固定筒に対して光軸方向に進退する直進筒と、
   前記固定筒に設置され、前記直進筒の光軸方向の進退を案内する直進ガイド部と、
   前記直進筒に設置され、前記カム部と係合するカムフォロア部と、
   前記直進筒に設置され、前記直進ガイドと係合する直進キー部と、
   前記第１のカム領域において、前記固定筒と前記直進筒とをロックする付勢力を発生し、前記第２のカム領域において、前記固定筒と前記直進筒とをロックしない付勢手段とを有することを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記付勢手段は、前記カム環を介して前記固定筒と前記直進筒との間に付勢力を発生することを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記付勢手段は、前記カム環に設置され、前記カム環と前記直進筒の前記カムフォロア部との間で付勢力を発生することを特徴とする請求項２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記付勢手段は、前記カム環に設置され、前記カム環と前記固定筒のバヨネット爪との間で付勢力を発生することを特徴とする請求項２に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記付勢手段は、バネ部材を含んで構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
6. 前記カムフォロア部は、前記直進キー部を兼用することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
7. 前記固定筒に設置された第１の案内部と、
   前記直進筒に設置された第２の案内部と、
   光学部材を保持し、前記第１の案内部および前記第２の案内部の各々と嵌合して案内されるレンズ枠とを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
8. 前記カムフォロア部は、前記カム環のカム部に設置される第１の当接部、および該第１の当接部とは当接方向が異なる第２の当接部の両方に当接する平面部を有し、
   前記付勢手段は、前記第１の当接部の当接方向および前記第２の当接部の当接方向の双方に分力を生じることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
9. 請求項１ないし８にいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を具備した撮像装置。

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