JP2014182342A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の侵入を防止し、消費電力を低減することが可能な光学機器を提供すること
【解決手段】光学機器は、第２の鏡筒１０４に対して相対的に移動される第１の鏡筒１０２と、第１の鏡筒と第２の鏡筒の間の隙間を封止する第１のパッキン１０３と、第１の鏡筒に付勢力を加えるばね１１３と、を有する。第１の鏡筒が第２の鏡筒に対して沈胴方向に移動されるときに第１のパッキンが繰り出し方向に与える駆動負荷Ｆ３ａは、第１の鏡筒が第２の鏡筒に対して繰り出し方向に移動されるときに第１のパッキンが沈胴方向に与える駆動負荷Ｆ３ｂよりも大きい。ばねは、第１の鏡筒を第２の鏡筒に対して沈胴方向に移動するのに必要な駆動力が、付勢力が０の場合よりも減るように前記付勢力を加える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ一体型カメラや交換レンズなどの光学機器に関する。

コンパクトスチルカメラのレンズ鏡筒は、アクチュエータによって沈胴や繰り出しが可能に構成され、鏡筒と固定外装との間には、摩擦負荷を低減するための環状の隙間が設けられている。この隙間に水や埃などの異物が侵入することを防止するために、特許文献１は、鏡筒と固定外装との間に弾性シール部材を設けることを提案している。

特開２００１−４２４０７号公報

特許文献１では、弾性シール部材は、光軸と直交する平面に対して傾斜したリップ部を介して鏡筒に接し、レンズ鏡筒の駆動方向によってリップ部から受ける駆動負荷（摩擦力）が異なる。大きい駆動負荷に打ち勝つ駆動力を発生させるようにアクチュエータに供給する電力を設定すると、小さい駆動負荷の方向に駆動する際に必要以上の駆動力を発生させることになるため、全体として消費電力が大きくなってしまう。

本発明は、異物の侵入を防止し、消費電力を低減することが可能な光学機器を提供することを目的とする。

本発明の光学機器は、第１の部材と、当該第１の部材に対して相対的に移動される第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材の間の隙間を封止する封止部材と、前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方に付勢力を加える付勢手段と、を有し、前記第２の部材が前記第１の部材に対して第１の方向に移動されるときに前記封止部材が前記第１の方向と逆方向の第２の方向に与える駆動負荷は、前記第２の部材が前記第１の部材に対して前記第２の方向に移動されるときに前記封止部材が前記第１の方向に与える駆動負荷よりも大きく、前記付勢手段は、前記第２の部材を前記第１の部材に対して前記第１の方向に移動するのに必要な駆動力が、前記付勢力が０の場合よりも減るように前記付勢力を加えることを特徴とする。

本発明によれば、異物の侵入を防止し、消費電力を低減することが可能な光学機器を提供することができる。

本発明の光学機器の沈胴状態と繰り出し状態の断面図である。（実施例１） 図１に示す光学機器の動作を説明する部分拡大断面図である。（実施例１） 図１に示すばねの付勢力を示すグラフである。（実施例１） 図１に示す光学機器の動作を示すフローチャートである。（実施例１） 本発明の光学機器の沈胴状態の断面図である。（実施例２） 図５に示す光学機器の動作を示すフローチャートである。（実施例２） 図５に示す光学機器の消費電力を示すグラフである。（実施例２） 図１及び図５に示す光学機器の第１のパッキンの変形例を示す断面図である。（実施例１、２）

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。以下の実施例では、本発明の光学機器はレンズ一体型の撮像装置（デジタルスチルカメラ）として構成されているが、撮像装置本体から着脱可能に装着されるレンズ装置として構成されてもよい。

図１（ａ）は、実施例１の撮像装置１００が沈胴状態にあるときの、一点鎖線で示す光軸を通り光軸に平行な面による断面図である。図１（ｂ）は、撮像装置１００が繰り出し状態にある際の、光軸を通り光軸に平行な面による断面図である。

１０１は、一枚のレンズ（撮影光学系）であり、第１の鏡筒１０２に固定されている。被写体の光学像を撮像素子１１４の撮像面に形成する。

１０２は、第１の鏡筒であり、第１のパッキン１０３と当接する凹凸の小さい平滑面からなる円筒形状の外周部１０２ａを備えている。外周部１０２ａはレンズ１０１の光軸に平行な面を有する。レンズ１０１の光軸は、第１の鏡筒１０２の中心軸であると共に以下の第１の方向と第２の方向に平行な方向である。第１の部材と第１の部材に対して相対的に移動される第２の部材を考えた場合、第１の鏡筒１０２は第２の部材に対応し、第２の鏡筒１０４は第１の部材に対応する。

第１の鏡筒１０２の外周には光軸方向から見て周方向に均等な３ヶ所に、光軸を中心に放射状に延出する円筒形状のカムフォロア１０２ｂを備えている。第１の鏡筒１０２は、カムフォロア１０２ｂが直進溝１０５ａおよびカム溝１０６ａに係合した状態で支持されている。

１０３は第１のパッキンであり、シリコンゴムなどの弾性材料によって形成された弾性シール部材（封止部材）である。第１のパッキン１０３は、円筒形状を有し、第２の鏡筒１０４と案内筒１０５に光軸方向に狭持されて固定されている。

ここで、第１の鏡筒１０２が第２の鏡筒１０４に対して沈胴方向に移動されるときに第１のパッキン１０３が沈胴方向と逆方向の繰り出し方向に与える駆動負荷（摩擦力）をＦ３ａとする。また、第１の鏡筒１０２が第２の鏡筒１０４に対して繰り出し方向に移動されるときに第１のパッキン１０３が沈胴方向に与える駆動負荷（摩擦力）をＦ３ｂとする。すると、後述するように、Ｆ３ａはＦ３ｂよりも大きい。

また、沈胴方向は、第１の鏡筒１０２が移動することで第１の鏡筒１０２の少なくとも一部が光学機器の内部に収納される方向（第１の方向）である。繰り出し方向は、第１の鏡筒１０２が移動することで第１の鏡筒１０２の少なくとも一部が光学機器の外部に露出する方向（第２の方向）である。

第１のパッキン１０３は、第１の鏡筒１０２と第２の鏡筒１０４との間に水や埃などの異物が侵入することを防止するために設けられている。第１のパッキン１０３は、第１の鏡筒１０２の光軸方向の位置によらず、外周部１０２ａと接触するリップ部１０３ａを有する。リップ部１０３ａについては後述する。

１０４は第２の鏡筒であり、第１の鏡筒１０２の周りに設けられ、案内筒１０５に固定されている。第２の鏡筒１０４は、第２のパッキン１０７と当接する凹凸の小さい平滑面からなる円筒形状の外周部１０４ａを備えている。外周部１０４ａはレンズ１０１の光軸に平行な面を有し、第２のパッキン１０７は外周部１０４ａに対して光軸方向に移動する。

１０５は案内筒であり、光軸方向から見て周方向に均等な３ヶ所に、径方向に貫通した光軸と平行な溝であって周方向にカムフォロア１０２ｂと係合する直進溝１０５ａを備えている。外周には光軸方向から見て周方向に均等な３ヶ所に、光軸を中心に放射状に延出する円筒形状のカムフォロア１０５ｂを備えている。案内筒１０５は、カムフォロア１０５ｂが直進溝１０９ｂに係合した状態で支持されている。

１０６はカム筒であり、案内筒１０５に嵌合し、光軸を中心に回転可能であって光軸方向への移動が制限されるように支持されている。内周には光軸方向から見て円周方向に均等な３ヶ所に、径方向に掘られた光軸を中心としたらせん状の溝であって光軸と平行な方向にカムフォロア１０２ｂと係合するカム溝１０６ａを備えている。外周には光軸方向から見て周方向に均等な３ヶ所に、光軸を中心に放射状に延出する円筒形状のカムフォロア１０６ｂを備えている。カム筒１０６は、カムフォロア１０６ｂが直進溝１１０ａおよびカム溝１０９ａに係合した状態で支持されている。

１０７は第２のパッキンであり、シリコンゴムなどの弾性材料によって形成された弾性シール部材（封止部材）である。第２のパッキン１０７は、円筒形状を有し、前カバー１０８と固定環１０９に光軸方向に狭持されて固定されている。

ここで、第２の鏡筒１０４が前カバー１０８に対して沈胴方向に移動されるときに第２のパッキン１０７が繰り出し方向に与える駆動負荷をＦ３ａとする。また、第２の鏡筒１０４が前カバー１０８に対して繰り出し方向に移動されるときに第２のパッキン１０７が沈胴方向に与える駆動負荷をＦ３ｂとする。すると、後述するように、Ｆ３ａはＦ３ｂよりも大きい。

第２のパッキン１０７は、第２の鏡筒１０４と前カバー１０８との間に水や埃などの異物が侵入することを防止するために設けられている。第２のパッキン１０７は、第２の鏡筒１０４の光軸方向の位置によらず、外周部１０４ａと当接するリップ部１０７ａを備えている。リップ部１０７ａについては後述する。

１０８は、前カバーであり、筐体１１５に対し、不図示のＯリングなどを用いて水密に固定されている。第１の部材と第１の部材に対して相対的に移動される第２の部材を考えた場合、第２の鏡筒１０４は第２の部材に対応し、前カバー１０８は第１の部材に対応する。この場合、前カバー１０８は第２の鏡筒１０４が移動する間、固定（静止）されている。また、沈胴方向は、第２の鏡筒１０４が移動することで第２の鏡筒１０４の少なくとも一部が光学機器の内部に収納される方向（第１の方向）である。繰り出し方向は、第２の鏡筒１０４が移動することで第２の鏡筒１０４の少なくとも一部が光学機器の外部に露出する方向（第２の方向）である。

１０９は、固定環であり、筐体１１５に固定されている。光軸方向から見て円周方向に均等な３ヶ所に、径方向に貫通した光軸を中心としたらせん状の溝であって光軸と平行な方向にカムフォロア１０６ｂと係合するカム溝１０９ａを備えている。内周には光軸方向から見て円周方向に均等な３ヶ所に、径方向に掘られた光軸と平行な溝であって周方向にカムフォロア１０５ｂと係合する直進溝１０９ｂを備えている。

１１０は駆動環であり、固定環１０９に嵌合し、光軸を中心に回転可能であって光軸方向への移動が制限されるように支持されている。内周には光軸方向から見て円周方向に均等な３ヶ所に、径方向に掘られた光軸と平行な溝であって周方向にカムフォロア１０６ｂと係合する直進溝１１０ａを備えている。外周には、ピニオン１１１の回転が伝達されるギヤ部１１０ｂが周方向の所定の長さにわたり形成されている。

１１１はピニオンであり、モータ１１２の回転軸に固定されている。外周にはモータ１１２の回転軸の周方向にギヤ部１１０ｂと噛み合うギヤ部が形成されている。

１１２はモータ（アクチュエータ）であり、筐体１１５に固定されている駆動手段である。不図示の制御回路（制御手段）から出力された駆動信号によって回転軸を回転駆動することが可能である。

１１３はばね（付勢手段）であり、光軸から見て周方向に均等に配置された２つのコイルばねにより構成されている。両端が第１の鏡筒１０２と筐体１１５に固定され、第１の鏡筒１０２の光軸方向の位置によらず、第１の鏡筒１０２と筐体１１５とを光軸方向に近付ける方向に付勢力を発生させる。

なお、本実施例のばね１１３は第１の鏡筒１０２に付勢力を加えているが、付勢手段は第１の鏡筒（第２の部材）１０２と第２の鏡筒（第１の部材）１０２の少なくとも一方に付勢力を加えれば足りる。

ばね１１３は、第１の鏡筒１０２を第２の鏡筒１０４に対して沈胴方向に移動するのに必要な駆動力が、その付勢力が０の場合よりも減るように付勢力を加える。これにより、沈胴方向への駆動がばね１１３によって補助されるので消費電力が低減する。

ばね１１３は、第１の鏡筒１０２を第２の鏡筒１０４に対して沈胴方向に移動するのに必要な駆動力と第１の鏡筒１０２を第２の鏡筒１０４に対して繰り出し方向に移動するのに必要な駆動力との、付勢力が０の場合における差が減るように付勢力を加える。これにより、大きい駆動負荷に打ち勝つ駆動力を発生させるようにモータ１１２に供給する電力を設定しても、小さい駆動負荷の方向に駆動する際の駆動力の無駄を減らすことができる。本実施例では、モータ１１２の駆動力の絶対値は第１の鏡筒の駆動方向に拘らず一定である。

付勢手段は、本実施例では２つのコイルばねであるが、光軸から見て周方向に均等に配置された３つ以上の複数のコイルばねや、光軸を中心としたらせん形状の１つのコイルばねで構成してもよいし、ゴムや板ばねなどのその他の弾性部材によって構成してもよい。磁石および磁性体によって光軸方向の磁気的な付勢力を発生させる構成でもよい。

また、本実施例では、ばね１１３による付勢力は第１の鏡筒１０２と第２の鏡筒１０４の間に作用するが、付勢手段による付勢力は第２の鏡筒１０４と前カバー１０８の間に作用してもよい。

１１４は撮像素子であり、筐体１１５に固定されている。撮像素子１１４は、光軸と直交する受光面（撮像面）を備え、レンズ１０１が形成した光が構造を光電変換してアナログ画像信号を出力するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサから構成されている。

１１５は筐体であり、各部材を固定・収納するとともに、外部からの異物を侵入させないように水密に構成されている。第１の鏡筒１０２の移動に伴う撮像装置１００の容積変化に対応するため、水密を維持しながら外部との通気性を確保できる通気手段を設けることが望ましい。

以下、本実施例における撮像装置１００の動作について説明する。

本実施例では、モータ１１２を駆動することによって、筐体１１５に対し、第１の鏡筒１０２および第２の鏡筒１０４を光軸方向に移動させ、図１（ａ）の沈胴状態、図１（ｂ）の繰り出し状態、および、その間の状態の位置に保持することができる。

図１（ａ）に示す沈胴状態において、第１の鏡筒１０２を繰り出すべく、モータ１１２が第１の方向に駆動される場合を考える。モータ１１２が駆動されると、回転軸に固定されたピニオン１１１が回転し、ピニオン１１１とギヤ部１１０ｂで連結された駆動環１１０が光軸を中心に回転する。

直進溝１１０ａとカムフォロア１０６ｂは周方向に係合しているため、駆動環１１０の回転に伴ってカム環１０６は光軸を中心に回転する。また、カムフォロア１０６ｂはカム溝１０９ａと光軸と平行な方向に係合しているため、カム環１０６はらせん状のカム溝１０９ａに沿って光軸方向に移動する。カムフォロア１０５ｂと直進溝１０９ｂは周方向に係合しているため、案内筒１０５の回転は規制される。また、案内筒１０５はカム環１０６の移動に伴って光軸方向に移動する。したがって、案内筒１０５に固定された第２の鏡筒１０４は回転せず光軸方向に移動する。

カムフォロア１０２ｂと直進溝１０５ａは周方向に係合しているため、第１の鏡筒１０２の回転は規制される。また、カムフォロア１０２ｂはカム溝１０６ａと光軸と平行な方向に係合しているため、第１の鏡筒１０２はらせん状のカム溝１０６ａに沿って光軸方向に移動する。したがって、第１の鏡筒１０２は回転せず光軸方向に移動する。

結果として、第１の鏡筒１０２および第２の鏡筒１０４はレンズ１０１と撮像素子１１４が離れる方向（繰り出し方向）に、図１（ｂ）に示す繰り出し状態の位置まで移動することが可能である。同様に、モータ１１２を第１の方向と逆の第２の方向に駆動すれば、第１の鏡筒１０２および第２の鏡筒１０４はレンズ１０１と撮像素子１１４が近付く方向（繰り込み方向、沈胴方向）に、図１（ａ）に示す沈胴状態の位置まで移動することが可能である。

第１の鏡筒１０２に固定されたレンズ１０１を任意の位置に保持することで、撮像装置１００の全長を短縮する沈胴動作、および、撮像素子１１４に結像する像の大きさを任意に変えるズーム動作が可能となる。本実施例では、第１の鏡筒１０２を最も繰り出した図１（ｂ）に示す状態がテレ端、図１（ａ）と図１（ｂ）に示す中間まで繰り出した状態がワイド端になるような光学系としている。

本実施例では、ばね１１３の付勢力によって各駆動伝達部の光軸方向の微小な隙間をガタ寄せし、高精度に第１の鏡筒１０２およびレンズ１０１を駆動できるため、ズーム動作の高精度化が可能である。各駆動伝達部とは、案内筒１０５とカム環１０６、固定環１０９と駆動環１１０、カムフォロア１０２ｂとカム溝１０６ａ、カムフォロア１０６ｂとカム溝１０９ａなどである。本実施例は、ばね１１３によって、ズームの高精度化と消費電力の低減を達成している。したがって、撮像装置１００の部品点数の削減および小型化が可能となる。

以下、本実施例における第１のパッキン１０３および第２のパッキン１０７について説明する。図２は、撮像装置１００の光軸を通り光軸に平行な面による部分拡大断面図である。図２（ａ）は第１のパッキン１０３の形状を示す断面図である。

第１のパッキン１０３は、内周に光軸に向かって延出するリップ部１０３ａを有し、リップ部１０３ａは、第１の鏡筒１０２が移動する沈胴方向と繰り出し方向の両方に直交する平面に対して傾斜して隙間を封止する。第１のパッキン１０３の内径Ｄ１（リップ部１０３ａの先端の径）は、第１の鏡筒１０２の外径Ｄ２（外周部１０２ａ）より小さく構成されている。よって、第１の鏡筒１０２はリップ部１０３ａの弾性に抗して第１のパッキン１０３の内径を押し広げながら挿入される。外周部１０２ａとリップ部１０３ａは全周にわたって密着し、第１の鏡筒１０２と第２の鏡筒１０４との間からの異物の混入が防止できる。Ｄ１とＤ２の径差を２×ｄとしたとき、リップ部１０３ａの径方向の撓み量（チャージ量）はｄで表わされる。また、チャージ量がｄであるときの、第１の鏡筒１０２に働く径方向内側のチャージ力をＦｃとする。

リップ部１０３ａの延出方向と第１の鏡筒１０２の外周部１０２ａは図２に示す断面（光軸を含む面）で直交せず、所定の角度（延出角度）を持っている。図２では、リップ部１０３ａは、第２の鏡筒１０４に固定される固定側から第１の鏡筒１０２に接触する接触側に向かう一点鎖線で示す第３の方向に傾斜して延出している。沈胴方向と一点鎖線がなす角の絶対値である、撮像素子１１４からレンズ１０１に向かう方向から見た（図中右側から見た）場合の延出角度は、図中のθとなる。また、繰り出し方向と一点鎖線がなす角の絶対値である、レンズ１０１から撮像素子１１４に向かう方向から見た（図中左側から見た）場合の延出角度は、図中の（１８０°−θ）となる。そして、θは（１８０°−θ）よりも小さく（（１８０°−θ）はθよりも大きく）設定され、リップ部１０３ａは、撮像素子１１４側の延出角度が狭角となるように構成されている。これにより、第１の鏡筒１０２が光軸方向に移動した際に、撮像装置１００の外部（図中左側）にある異物は内部に侵入しにくく、撮像装置１００の内部（図中右側）にある異物は外部に排出されやすくなる。また、外部から圧力がかかった際に、リップ部１０３ａが外周部１０２ａに押し付ける方向の力が発生する。そのため、例えば、外部から水圧がかかった際に水の侵入を防ぐことができる。

以上、第１のパッキン１０３について説明したが、同様に第２のパッキン１０７も第２の鏡筒１０４と前カバー１０８との間からの異物の混入が防止できる。第１のパッキン１０３と第２のパッキン１０７の形状は直径を除いて同一である（第２のパッキン１０７の直径が大きい）ため、第２のパッキン１０７について詳細の説明は省略する。

本実施例では、第１のパッキン１０３、第２のパッキン１０７、前カバー１０８、筐体１１５によって内部が密閉されているため、第１の鏡筒１０２および第２の鏡筒１０４が光軸方向に移動しても、外部からの異物の混入が防止できる。

以下、第１の鏡筒１０２を光軸方向に駆動する際の、第１の鏡筒１０２と第１のパッキン１０３に働く力について説明する。

図２（ｂ）は、第１の鏡筒１０２が繰り込み方向（図中白抜き矢印方向）に駆動される場合の第１の鏡筒１０２と第１のパッキン１０３に働く力を示す断面図である。

Ｆ１ａは第１の鏡筒１０２に対して、駆動方向（繰り込み方向）に働く駆動力である。カム環１０６から伝達される光軸方向の駆動力をＦｄ、ばね１１３による繰り込み方向の付勢力をＦｓとすると、駆動力Ｆ１ａは以下の式で表わされる。

Ｆ１ａ＝Ｆｄ＋Ｆｓ （１）
Ｆ２ａは第１の鏡筒１０２に対して、径方向内側に働く垂直抗力である。前述のようにリップ部１０３ａのチャージにより、第１の鏡筒１０２に対して径方向内側のチャージ力Ｆｃが働く。また、第１の鏡筒１０２が繰り込み方向に駆動されることで、リップ部１０３ａの延出方向と逆の方向（図中Ｆｔａ矢印方向）に圧縮力Ｆｔａが働き、リップ部１０３ａは延出する長さが小さくなるように変形（図中点線形状）する。第１の鏡筒１０２には、Ｆｔａの反力によって、チャージ力Ｆｃと同方向（径方向内側）の力が働く。これらの合力が垂直抗力Ｆ２ａである。

Ｆ３ａは第１の鏡筒１０２に対して、摩擦によって駆動方向と逆の方向に働く駆動負荷である。リップ部１０３ａと外周部１０２ａの間の摩擦係数をμとすると、駆動負荷Ｆ３ａは以下の式で表わされる。

Ｆ３ａ＝μＦ２ａ （２）
したがって、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向（繰り出し方向）に働く力の和Ｆ４ａは以下の式で表わされる。

Ｆ４ａ＝Ｆ１ａ−Ｆ３ａ＝Ｆｄ＋Ｆｓ−μＦ２ａ （３）
図２（ｃ）は、第１の鏡筒１０２が繰り出し方向（図中白抜き矢印方向）に駆動される場合の第１の鏡筒１０２と第１のパッキン１０３に働く力を示す断面図である。

Ｆ１ｂは第１の鏡筒１０２に対して、駆動方向（繰り出し方向）に働く駆動力である。カム環１０６から伝達される光軸方向の駆動力をＦｄ、ばね１１３による繰り込み方向の付勢力をＦｓとすると、駆動力Ｆ１ｂは以下の式で表わされる。

Ｆ１ｂ＝Ｆｄ−Ｆｓ （４）
Ｆ２ｂは第１の鏡筒１０２に対して、径方向内側に働く垂直抗力である。前述のようにリップ部１０３ａのチャージにより、第１の鏡筒１０２に対して径方向内側のチャージ力Ｆｃが働く。また、第１の鏡筒１０２が繰り出し方向に駆動されることで、リップ部１０３ａの延出方向（図中Ｆｔｂ矢印方向）に引張力Ｆｔｂが働き、リップ部１０３ａは延出する長さが大きくなるように変形（図中点線形状）する。第１の鏡筒１０２には、Ｆｔｂの反力によって、チャージ力Ｆｃを打ち消す方向（径方向外側）の力が働く。これらの合力が垂直抗力Ｆ２ｂである。

Ｆ３ｂは第１の鏡筒１０２に対して、摩擦によって駆動方向と逆の方向に働く駆動負荷である。リップ部１０３ａと外周部１０２ａの間の摩擦係数をμとすると、駆動負荷Ｆ３ｂは以下の式で表わされる。

Ｆ３ｂ＝μＦ２ｂ （５）
したがって、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向（繰り出し方向）に働く力の和Ｆ４ｂは以下の式で表わされる。

Ｆ４ｂ＝Ｆ１ｂ−Ｆ３ｂ＝Ｆｄ−Ｆｓ−μＦ２ｂ （６）
以下、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和について説明する。

前述のように、繰り込み方向（沈胴方向）に駆動される場合は、第１の鏡筒１０２には、チャージ力Ｆｃと同方向（径方向内側）の力が働く。また、繰り出し方向に駆動される場合は、第１の鏡筒１０２には、チャージ力Ｆｃを打ち消す方向（径方向外側）の力が働く。チャージ量Ｆｃは駆動方向によって変わらないため、径方向内側に働く垂直抗力は繰り込み方向の方が大きくなる。

Ｆ２ａ＞Ｆ２ｂ （７）
数式（２）（５）（７）から、繰り込み方向に駆動される場合の駆動負荷Ｆ３ａは繰り出し方向に駆動される場合の駆動負荷Ｆ３ｂより大きくなる。

Ｆ３ａ＝μＦ２ａ＞μＦ２ｂ＝Ｆ３ｂ （８）
ここで、ばね１１３による付勢力Ｆｓ＝０であるときを考える。繰り込み方向に駆動される場合の、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和Ｆ４ａ´、繰り出し方向に駆動される場合の、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和Ｆ４ｂ´は以下の式で表わされる。

Ｆ４ａ´＝Ｆｄ−μＦ２ａ （９）
Ｆ４ｂ´＝Ｆｄ−μＦ２ｂ （１０）
本実施例では、ばね１１３による付勢力Ｆｓを繰り込み方向に発生させており、付勢力Ｆｓを以下の条件式が満足されるように設定している。

０＜Ｆｓ＜Ｆ３ａ−Ｆ３ｂ（＝μＦ２ａ−μＦ２ｂ） （１１）
このとき、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和の大小関係は以下の不等式で表わされる。すなわち、駆動力Ｆｄが一定の場合、ばね１１３の付勢力Ｆｓ＝０であるときに比べて、本実施例では、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和の最小値が大きいことになる。

Ｆ４ｂ´＞Ｆ４ａ＞Ｆ４ａ´ （１２）
Ｆ４ｂ´＞Ｆ４ｂ＞Ｆ５ａ´ （１３）
第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和Ｆ４ａ、Ｆ４ｂ、Ｆ４ａ´、Ｆ４ｂ´は、駆動マージンと考えることができる。撮像装置１００は、駆動マージンが必要駆動マージン以上であるようにモータ１１２の性能や駆動条件を決定する必要がある。必要駆動マージンは、可動部に対する外乱や、部品寸法やモータ出力などの各種ばらつきを考慮し決められる。また、駆動方向によって駆動マージンが異なる場合、小さい方の駆動マージンが必要駆動マージン以上でなければならない。

ばね１１３が無い場合（付勢力Ｆｓ＝０の場合）は、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和の最小値が小さくなる。すなわち、駆動マージンが小さいため、必要駆動マージンを確保するために、モータ１１２の大型化に伴う撮像装置１００の大型化や、モータ１１２の消費電力の増大をまねくおそれがある。

本実施例では、ばね１１３による付勢力Ｆｓを繰り込み方向に発生させ、ばね１１３が無い場合に比べて、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和の最小値を大きくしている。すなわち、駆動マージンが大きいため、撮像装置１００の小型化、および、モータ１１２の消費電力の低減が可能である。

付勢力Ｆｓは、特に以下の値に設定することが望ましい。

Ｆｓ＝（μＦ２ａ−μＦ２ｂ）／２ （１４）
このとき、第１の鏡筒１０２に対して駆動方向に働く力の和の大小関係は以下の不等式で表わされる。すなわち、駆動方向による駆動マージンの差を無くし、モータ１１２の性能や駆動条件を最適化することが可能である。

Ｆ４ａ´＞Ｆ４ａ＝Ｆ４ｂ＞Ｆ４ｂ´ （１５）
以上、第１の鏡筒１０２と第１のパッキン１０３に働く力について説明したが、第２の鏡筒１０４と第２のパッキン１０７の形状も直径を除いて同一である。したがって、第２の鏡筒１０４と第２のパッキン１０７に働く力も同様に考えることができるため、第２のパッキン１０７について詳細の説明は省略する。

図３は本実施例におけるばね１１３の付勢力を示すグラフである。横軸は第１の鏡筒１０２の光軸方向の位置であり、右側がテレ側（繰り出し側）で左側が沈胴側（繰り込み側）である。縦軸はばね１１３の繰り込み方向への付勢力である。

ばね１１３の付勢力は、全長が最も短くなる沈胴位置で最も弱く、その付勢力は数式１１の範囲内となっている。また、ばね１１３の付勢力は、ばね１１３の全長が最も長くなるテレ端位置で最も強く、その付勢力は数式１１の範囲内となっている。

本実施例では、図３（ａ）に示すように、沈胴位置とテレ端との中間にあるワイド端において、ばね１１３の付勢力が数式１４の関係となっている。この場合、沈胴位置〜テレ端の範囲の付勢力の平均が数式１４の関係となる。そのため、レンズ位置が任意の位置に移動する場合に、全体としてモータ１１２の性能や駆動条件を最適化することが可能であり、撮像装置１００の消費電力が低減できる。

また、図３（ｂ）に示すように、ワイド端とテレ端との中間にあるミドル位置において、ばね１１３の付勢力が数式１４の関係となるようにしてもよい。この場合、撮影時に駆動される頻度が最も高い、ワイド端〜テレ端の範囲の付勢力の平均が式（１４）の関係となる。そのため、撮影時に全体として全体としてモータ１１２の性能や駆動条件を最適化することが可能であり、撮像装置１００の消費電力が低減できる。

以下、本実施例における撮像装置１００の動作について説明する。

図４は、本実施例における撮像装置１００のフローチャートであり、「Ｓ」はステップを表している。

Ｓ１０１で撮像装置１００の電源がＯＮされると、Ｓ１０２で制御回路がモータ１１２を駆動し、第１の鏡筒１０２がワイド端位置に繰り出される。Ｓ１０３でズーム操作がされると、Ｓ１０４で駆動方向が選択される。駆動方向がテレ側（繰り出し側）であれば、Ｓ１０５で第１の鏡筒１０２がテレ側に駆動される。駆動方向がワイド側（繰り込み側）であれば、Ｓ１０６で第１の鏡筒１０２がワイド側に駆動される。Ｓ１０７で再度ズーム操作の有無が判断され、ズーム操作がある場合はＳ１０４に戻り、ズーム操作がない場合はＳ１０８に進む。Ｓ１０８で電源ＯＦＦ操作の有無が判断され、電源ＯＦＦ操作がない場合はＳ１０７に戻り、電源ＯＦＦ操作がある場合はＳ１０９に進む。Ｓ１０９で制御回路がモータ１１２を駆動し、第１の鏡筒１０２が沈胴位置に繰り込まれる。Ｓ１１０で撮像装置１００の電源がＯＦＦされる。

以上説明したように、撮像装置１００は、ばね１１３による付勢力を繰り込み方向に発生させ、駆動方向による駆動マージンの差を低減し、モータ１１２の性能や駆動条件を最適化することが可能であるので、消費電力を低減することができる。

また、レンズ１０１を任意の位置に保持することで、撮像素子１１４に結像する像の焦点を任意に変えるフォーカス動作が可能であってもよい。撮像装置１００は、本実施例のように第１の鏡筒および第２の鏡筒が沈胴する２段沈胴の構成に限らず、１段沈胴や３段以上の沈胴の構成でもよい。

図５は、実施例２の撮像装置２００が沈胴状態にあるときの、一点鎖線で示す光軸を通り光軸に平行な面による断面図である。本実施例では、ばね１１３がない点と制御手段２１３によるモータ１１２の駆動制御が実施例１とは異なる。なお、制御手段２１３を構成する制御回路は、図５においては実際には見えない位置に配置されているが、便宜上、破線で図示されている。以下、撮像装置２００の実施例１との相違点について説明する。また、図５に示す符号は図１に示す参照符号に１００を加えてものに対応し、構造については実施例１のものと実質的に同様である。

以下、第１の鏡筒２０２を光軸方向に駆動するときの、第１の鏡筒２０２と第１のパッキン２０３に働く力について説明する。

第１の部材と第１の部材に対して相対的に移動される第２の部材を考えた場合、第１の部材は第２の鏡筒２０４に相当し、第２の部材は第１の鏡筒２０２に相当するが、実施例１と同様に、第２の鏡筒２０４と前カバー２０８にも拡張することができる。

第１のパッキン２０３は第１の鏡筒２０２と第２の鏡筒２０４との間の隙間を封止する封止部材として機能する。ここで、第１の鏡筒２０２が第２の鏡筒２０４に対して沈胴方向（第１の方向）に移動されるときに第１のパッキン２０３が繰り出し方向に与える駆動負荷をＦ３ａとする。また、第１の鏡筒２０２が第２の鏡筒２０４に対して繰り出し方向（第２の方向）に移動されるときに第１のパッキン２０３が沈胴方向に与える駆動負荷をＦ３ｂとする。すると、実施例１と同様に、Ｆ３ａはＦ３ｂよりも大きい。

モータ（アクチュエータ）２１２は第１の鏡筒２０２を第２の鏡筒２０４に対して移動させる駆動手段として機能する。制御手段２１３は、モータ２１２の駆動を制御する。制御手段２１３は、第１の鏡筒２０２を第２の鏡筒２０４に対して繰り出し方向に移動させるときよりも第１の鏡筒２０２を第２の鏡筒２０４に対して沈胴方向に移動させるときの前記駆動手段の駆動力を大きくする。

本実施例の制御手段２１３は、第１の鏡筒２０２の駆動方向が繰り込み方向（沈胴方向、第１の方向）である際のモータ２１２の駆動電圧Ｖａを、駆動方向が繰り出し方向（第２の方向）である際のモータ２１２の駆動電圧Ｖｂに対して大きくする。駆動電圧が大きいと、第１の鏡筒２０２の光軸方向の駆動力も大きくなる。第１の鏡筒２０２が繰り込み方向に駆動される際の、カム環１０６から伝達される光軸方向の駆動力をＦｄａ、第１の鏡筒２０２が繰り出し方向に駆動される際の、カム環１０６から伝達される光軸方向の駆動力をＦｄｂとすると以下の不等式が成り立つ。

Ｆｄａ＞Ｆｄｂ （１６）
実施例１と同様に、第１の鏡筒２０２が繰り込み方向に駆動される際の摩擦力μＦ２ａは、繰り込み方向に駆動される際の摩擦力μＦ２ｂに対して大きく、駆動方向によって駆動負荷の差があることになる。

本実施例では、第１の鏡筒２０２が繰り込み方向に駆動されるときに、カム環２０６から伝達される光軸方向の駆動力Ｆｄａが、摩擦力μＦ２ａに対して所定のマージンが確保できるようにモータ２１２の駆動電圧Ｖａを設定している。また、第１の鏡筒２０２が繰り出し方向に駆動されるときに、カム環２０６から伝達される光軸方向の駆動力Ｆｄｂが、摩擦力μＦ２ｂに対して所定のマージンが確保できるようにモータ２１２の駆動電圧Ｖｂを設定している。したがって、最大駆動負荷に合わせてモータ２１２の駆動電圧を設定した場合に比べて、繰り出し方向に駆動する際の駆動電圧は低減でき、モータ２１２の消費電力の低減が可能である。

特に、駆動力Ｆｄａ、Ｆｄｂが、以下の関係になるように駆動電圧を設定することが望ましい。

Ｆｄａ−Ｆｄｂ＝μＦ２ａ−μＦ２ｂ （１７）
このとき、第１の鏡筒２０２に対して繰り込み方向に駆動される際に駆動方向に働く力の和Ｆ４ａと、繰り出し方向に駆動される際に駆動方向に働く力の和Ｆ４ｂは等しくなり、摩擦力に対するマージンを最適化することが可能である。

以上、第１の鏡筒２０２と第１のパッキン２０３に働く力について説明したが、第２の鏡筒２０４と第２のパッキン２０７の形状も直径を除いて同一である。したがって、第２の鏡筒２０４と第２のパッキン２０７に働く力も同様に考えることができるため、第２のパッキン２０７について詳細の説明は省略する。

図６は、撮像装置２００の動作を説明するためのフローチャートであり、「Ｓ」はステップを表す。Ｓ２０１で撮像装置２００のズーム操作がされると、Ｓ２０２で駆動方向が選択される。Ｓ２０２で駆動方向がテレ側（繰り出し側）であれば、Ｓ２０３で制御回路がモータ２１２の駆動電圧をＶｂに設定する。Ｓ２０４で第１の鏡筒２０２がテレ側に駆動される。Ｓ２０２で駆動方向がワイド側（繰り込み側）であれば、Ｓ２０５で制御回路がモータ２１２の駆動電圧をＶａに設定する。Ｓ２０６で第１の鏡筒１０２がワイド側に駆動される。Ｓ２０７で撮像装置２００のズーム動作が完了する。

図７は本実施例における撮像装置２００の駆動力、駆動電圧、駆動電力と時間との関係を示すグラフである。横軸は時間である。休止時間を挟んで、時刻Ｔ１〜Ｔ２に沈胴解除動作（沈胴位置からワイド端まで）、時刻Ｔ３〜Ｔ４にテレ繰り出し動作（ワイド端からテレ端まで）が行われる。また、時刻Ｔ５〜Ｔ６にワイド繰り込み動作（テレ端からワイド端まで）、時刻Ｔ７〜Ｔ８に沈胴動作（ワイド端から沈胴位置まで）というシーケンスで第１の鏡筒２０２を駆動している。

図７（ａ）は、時間と第１の鏡筒２０２に働く駆動力（縦軸）の関係である。実線Ｃは駆動力であり、点線Ｄは駆動負荷である。本実施例では、駆動負荷（摩擦力）に対して駆動力が１．５倍のマージンを確保できるように駆動電圧を設定している。沈胴解除およびテレ繰り出し動作における駆動負荷μＦ２ｂは、他の動作の駆動負荷μＦ２ａに対して小さいので、その分駆動電圧を下げて駆動力を低くできる。

図７（ｂ）は、時間とモータ２１２の駆動電圧の関係である。実線Ａは本実施例の駆動電圧であり、点線Ｂは最大駆動負荷に合わせてモータ２１２の駆動電圧を設定した場合の駆動電圧である。本実施例では、沈胴解除およびテレ繰り出し動作における駆動電圧Ｖｂは、他の動作の駆動電圧Ｖａに対して小さくし、駆動力をＦｄａからＦｄｂに下げている。

図７（ｃ）は、時間と撮像装置１００の電力の関係である。実線Ａは本実施例の電力であり、点線Ｂは最大駆動負荷に合わせてモータ２１２の駆動電圧を設定した場合の電力である。本実施例では、沈胴解除およびテレ繰り出し動作における電力Ｗｂは、他の動作の電力Ｗａに対して小さくなるので、最大駆動負荷に合わせてモータ２１２の駆動電圧を設定した場合に比べて、斜線部範囲の消費電力が削減できることになる。

図７に挙げたシーケンス以外でも、電源ＯＮから電源ＯＦＦまでの間に繰り出し方向への駆動が発生することで、最大駆動負荷に合わせてモータ２１２の駆動電圧を設定した場合に比べて、消費電力の削減が可能である。

以上説明したように、撮像装置２００は、制御回路が駆動方向によってモータ２１２の駆動電圧を制御し、第１の鏡筒２０２の駆動力が必要十分となるようにしているので消費電力を低減することができる。

制御回路は、モータ２１２の駆動電圧ではなく、モータ２１２に与える電圧、電流、または電力の少なくとも一つを変更することによってモータ２１２の駆動力を大きくしてもよい。また、モータ２１２の回転数やモータ２１２からの駆動力を伝達する不図示のギアユニットのギア比を変更することによってモータ２１２の駆動力を大きくしてもよい。撮像装置２００は、モータ２１２の駆動条件が異なる複数の駆動回路を備えて、制御手段２１３が駆動方向によって駆動回路を切り替える構成でもよい。

図８は、実施例１や２に示す第１のパッキン１０３の変形例としての第１のパッキン３０３を示す断面図である。第１のパッキン３０３は、第１のリップ部３０３ａと第２のリップ部３０３ｂを有する弾性部材であり、第２の鏡筒３０４に固定されている。

第１のパッキン３０３の内径（リップ部１０３ａの先端の径）は、第１の鏡筒３０２の外径（外周部３０２ａ）より小さく構成されている。よって、第１の鏡筒３０２はリップ部３０３ａの弾性に抗して第１のパッキン３０３の内径を押し広げながら挿入される。したがって、第１の鏡筒の外周部３０２ａと第１のリップ部３０３ａは全周にわたって密着し、第１の鏡筒３０２と第２の鏡筒３０４の間の隙間に異物が侵入することを防止することができる。

また、第２の鏡筒３０４の内周部３０４ｂと当接する第２のリップ部３０３ｂを備えている。第１のパッキン３０３の外径（リップ部３０３ｂの先端の径）は、第２の鏡筒３０４の内径（内周部３０４ｂ）より小さく構成されている。よって、第１のパッキン３０３は第２のリップ部３０３ｂの弾性に抗して第１のパッキン３０３の外径を圧縮しながら挿入される。したがって、内周部３０４ｂと第２のリップ部３０３ｂは全周にわたって密着し、第１の鏡筒３０２と第２の鏡筒３０４の間の隙間に異物が侵入することを防止することができる。

第１のリップ部３０３ａは、撮像素子３１４側の延出角度が狭角となるように構成されている。これにより、第１の鏡筒３０２が光軸方向に移動した際に、撮像装置１００の外部（図中左側）にある異物は内部に侵入しにくく、撮像装置１００の内部（図中右側）にある異物は外部に排出されやすくなる。

また、第２のリップ部３０３ｂも、撮像素子３１４側の延出角度が狭角となるように構成されている。これにより、外部から圧力がかかった際に、第１のリップ部３０３ａが外周部３０２ａに押し付ける方向の力、および、第２のリップ部３０３ｂが内周部３０４ｂに押し付ける方向の力が発生する。そのため、例えば外部から水圧がかかった際に水の侵入を防ぐことができる。このため、第１のパッキン３０３が断面Ｙ字形状を有することは好ましい。

第１のリップ部３０３ａは、不図示の撮像素子側の延出角度が狭角となるように構成されているため、第１の鏡筒３０２に対して駆動方向に働く力の和は、駆動方向によって異なる。本実施例では、不図示のばねによる付勢力によって駆動方向による駆動マージンの差を低減し、不図示のモータの性能や駆動条件を最適化することが可能であるので、消費電力を低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の光学機器は、レンズ一体型カメラや交換レンズなどの光学機器の用途に適用することができる。

１０２…第１の鏡筒（第２の部材）、１０３…第１のパッキン（封止部材）、１０４…第２の鏡筒（第１の部材）、１１３…コイルばね（付勢手段）、Ｆ３ａ、Ｆ３ｂ…駆動負荷、Ｆｓ…付勢力

Claims (16)

1. 第１の部材と、
   当該第１の部材に対して相対的に移動される第２の部材と、
   前記第１の部材と前記第２の部材の間の隙間を封止する封止部材と、
   前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方に付勢力を加える付勢手段と、
   を有し、
   前記第２の部材が前記第１の部材に対して第１の方向に移動されるときに前記封止部材が前記第１の方向と逆方向の第２の方向に与える駆動負荷は、前記第２の部材が前記第１の部材に対して前記第２の方向に移動されるときに前記封止部材が前記第１の方向に与える駆動負荷よりも大きく、
   前記付勢手段は、前記第２の部材を前記第１の部材に対して前記第１の方向に移動するのに必要な駆動力が、前記付勢力が０の場合よりも減るように前記付勢力を加えることを特徴とする光学機器。
2. 前記付勢手段は、前記第２の部材を前記第１の部材に対して前記第１の方向に移動するのに必要な駆動力と前記第２の部材を前記第１の部材に対して前記第２の方向に移動するのに必要な駆動力との前記付勢力が０の場合における差が減るように前記付勢力を加えることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. カム溝を有し、回転駆動されるカム環を更に有し、
   前記第２の部材は、前記カム環の前記カム溝と係合するカムフォロアを有し、前記カム環によって駆動され、
   前記付勢手段は、前記カム環に対して前記第２の部材を前記第１の方向に付勢することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
4. 前記付勢手段によって前記第２の部材に前記第１の方向に加えられる付勢力をＦｓ、前記第１の部材が前記第２の部材に対して前記第１の方向に駆動される場合の駆動負荷をＦ３ａ、前記第１の部材が前記第２の部材に対して前記第２の方向に駆動される場合の駆動負荷をＦ３ｂとすると、以下の条件式が満足されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
   ０＜Ｆｓ＜Ｆ３ａ−Ｆ３ｂ
5. 第１の部材と、
   当該第１の部材に対して相対的に移動される第２の部材と、
   前記第１の部材と前記第２の部材の間の隙間を封止する封止部材と、
   前記第２の部材を前記第１の部材に対して移動させる駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記第２の部材が前記第１の部材に対して第１の方向に移動されるときに前記封止部材が前記第１の方向と逆方向の第２の方向に与える駆動負荷は、前記第２の部材が前記第１の部材に対して前記第２の方向に移動されるときに前記封止部材が前記第１の方向に与える駆動負荷よりも大きく、
   前記制御手段は、前記第２の部材を前記第１の部材に対して前記第２の方向に移動させるときよりも前記第２の部材を前記第１の部材に対して前記第１の方向に移動させるときの前記駆動手段の駆動力を大きくする制御手段と、
   を有することを特徴とする光学機器。
6. 前記制御手段は、前記駆動手段に与える電圧、電流、または電力の少なくとも一つを変更することによって前記駆動手段の駆動力を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の光学機器。
7. 前記駆動手段は、モータと、当該モータからの駆動力を伝達するギアユニットを含み、
   前記制御手段は、前記モータの回転数または前記ギアユニットのギア比を変更することによって前記駆動手段の駆動力を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の光学機器。
8. 前記第１の方向は、前記第２の部材が移動することで前記第２の部材の少なくとも一部が前記光学機器の内部に収納される方向であり、
   前記第２の方向は、前記第２の部材が移動することで前記第２の部材の少なくとも一部が前記光学機器の外部に露出する方向であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学機器。
9. 被写体の光学像を形成するレンズを更に有し、
   前記第２の部材は、前記レンズが固定される第１の鏡筒であり、
   前記第１の部材は、前記第１の鏡筒の周りに設けられた第２の鏡筒であることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の光学機器。
10. 前記第１の部材は、前記第２の部材が移動する間、固定されていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の光学機器。
11. 前記封止部材は、前記第２の部材が移動する前記第１の方向と前記第２の方向の両方に直交する平面に対して傾斜するリップ部を有する弾性部材であり、前記第１の部材に固定され、
    前記リップ部は前記第２の部材に接触することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の光学機器。
12. 前記リップ部は、前記第２の部材の中心軸を含んで前記平面に垂直な面において前記第１の部材に固定される固定側から前記第２の部材に接触する接触側に向かう第３の方向に傾斜して延出しており、第１の方向と第３の方向がなす角の絶対値は、第２の方向と第３の方向がなす角の絶対値よりも小さいことを特徴とする請求項１１に記載の光学機器
13. 前記封止部材は、第１のリップ部と第２のリップ部を有する弾性部材であり、前記第１の部材に固定され、
    前記第１のリップ部と前記第２のリップ部は前記第２の部材が移動する前記第１の方向と前記第２の方向の両方に直交する平面に対して傾斜して前記隙間を封止し、
    前記第１のリップ部は前記第２の部材に接触し、前記第２のリップ部は前記第１の部材に接触することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の光学機器。
14. 前記封止部材は断面Ｙ字形状を有することを特徴とする請求項１３に記載の光学機器。
15. 撮像装置であることを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか一項に記載の光学機器。
16. 撮像装置に着脱可能に装着されるレンズ装置であることを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか一項に記載の光学機器。