JP2015055690A - レンズ鏡筒及びそれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリュウとラック部材を確実に付勢し、かつ衝撃による噛合いズレを防止し、好適なレンズ駆動を実現する駆動機構を提供する。
【解決手段】モータが持つリードスクリュー１４ａにはリードがなす角度θ２のネジ山が形成されているおり、リードスクリュー１４ａと噛合うラック１０１９には、リードスクリュー１４ａと噛合うための噛合い歯１０１９ａが設けられており、その角度関係を９０度＞θ１＞θ２とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像面に銀塩フィルムを用いた写真カメラや撮像素子としてCCD、CMOSセンサを用いたスチルカメラやビデオカメラなどに好適な光学系駆動制御装置およびそれを用いた光学機器に関するものである。

従来からレンズ鏡筒においてレンズを保持した移動環を、変倍や合焦のために光軸方向に直進移動させるレンズ駆動装置が種々提案されている。

例えば、特許文献１ではレンズ群を光軸方向に進退させるレンズ群を有するレンズ駆動機構として、ステッピングモータとラックを持つ構成において、ラックとレンズ群の間のガタを取るために一つのバネを用いて光軸方向、光軸直交方向両方に付勢力を持たせる機構を提案している。

また、特許文献２ではレンズ群を光軸方向に進退させるレンズ群を有するレンズ駆動機構として、ステッピングモータとラックを持つ構成において、ラック部材の噛合い歯と対向する位置に突起部を設けることで衝撃を加えた際に発生する噛合いズレを防止する機構を提案している。

特開平０５−０２７１４９号公報 特開平１１−２９５５７８号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、例えば特許文献１の構成の場合には、図７，８に示すようにラック１１９に設けられた噛合い歯１１９ａが光軸に対して直交に配置されており、光軸と噛合い歯１１９ａの間には略９０度となるθ２、モータ１４に設けられたリードスクリュー１４ａが持つリード角と光軸の間にはθ１と言う異なる角度を持って噛合いを構成する機構が提案されている。本構成ではθ１とθ２の間にはθ１−θ２の角度差が生じるため、リードスクリュー１４ａに対してラック１１９の噛合い歯１１９ａの間にθ１−θ２の回転力が発生し、ガタが生じない噛合いを実現している。

他方、図８で示すように、リードスクリュー１４ａに対してラック噛合い歯１１９ａは噛合い深さが浅くなるため、衝撃を受けた際に噛合いズレが生じやすい問題を含有している。

また特許文献２の構成の場合には、ラックの噛合い歯とリードスクリューのリード角を一致させた、いわゆるリードラックの構成を用いて衝撃を受けた際の噛合いズレを対策する提案がなされている。噛合い歯に対向する位置に突起部を設けることで衝撃による歯飛びを対策する提案であるが、図６で示すようにリードスクリューの１４ａが持つリード角θ１とラックの噛合い歯１９ａが持つ角度θ２はθ２−θ１＝０度の関係となることから噛合いのガタが生じやすい問題を含有している。

そこで、本発明の目的は、ラックの噛合い歯とリードスクリューのリード角度θ１とリードスクリューのリード角度θ２を ９０度 ＞ θ１ ＞ θ２ とすることでリード角差によるガタ付勢力と、且つ噛合い量を増加させることによる衝撃噛合いズレの両方の機能を実現し、好適なレンズ駆動を実現するための駆動力伝達機構を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明はラックの噛合い歯の持つ角度θ１とリードスクリューのリード角度θ２を ９０度 ＞ θ１ ＞ θ２ とすることでリード角差によるガタ付勢力と、且つ噛合い量を増加させることによる衝撃噛合いズレの両方の機能を実現し、好適なレンズ駆動を実現するための駆動力伝達機構を提供することである。

本発明によればラックとスクリューのガタが無く、且つ衝撃を受けた際の噛合いズレが発生せずにレンズ群の光軸方向の移動を好適に行うことが出来る駆動機構を提供することができる。

本発明におけるラックとスクリュー配置図（側面 透視図） 本発明におけるラックとスクリュー配置図（下面） 本発明におけるレンズユニットの分解斜視図 本発明における電気的構成図 従来例 リードラックの噛合いズレ防止形状図 従来例 リードラックにおけるラックとスクリュー配置図（下面） 従来例 ストレートラックにおけるラックとスクリュー配置図（側面透視図） 従来例 ストレートラックにおけるラックとスクリュー配置図（下面）

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
図３は本発明を凸凹凸凸の４群構成の変倍光学系を有するレンズ鏡筒に適用した場合の説明図であり、その分解斜視図である。なお、説明のために一部の形状は省略されている。尚、レンズ鏡筒が有する光学形はどのような光学系でも良い。

Ｌ１は光軸方向に固定（不動）の第１群レンズである。

Ｌ２は光軸方向に移動して変倍動作を行う第２群レンズ群である。Ｌ３は光軸と直交する方向つまり後述する縦方向及び横方向に移動して振れ補正（像ブレ補正）を行う可動の防振用光学素子を含む第３群レンズである。Ｌ４は光軸方向に移動し変倍に伴って変動する像面の補正作用及び合焦作用を行う第４群レンズである。

第１群レンズＬ１は固定鏡筒１により保持されている。第２群レンズＬ２は２群移動枠２により保持されている。第３群レンズＬ３はシフトユニット３により保持されている。第４群レンズＬ４は４群移動枠４により保持されている。

また、４群移動枠４の後方（像側）には、ＣＣＤ等から成る撮像素子を固定する撮像素子ホルダ５が設けられている。固定鏡筒１は前部固定筒６にビス止めされ、撮像素子ホルダ５と前部固定筒６は後部固定筒７にビス止めされている。

２群移動枠２はガイドバー８、９により光軸方向に移動可能に支持されている。ガイドバー８，９は前部固定筒６と後部固定筒７により位置決めされて固定されている。また、４群移動枠４はガイドバー１０、１１により光軸方向に移動可能に支持されている。ガイドバー１０，１１は撮像素子ホルダ５と後部固定筒７により位置決めされて固定されている。

シフトユニット３は後部固定筒７に対して位置決めされ、ビスにより固定されている。第３群レンズＬ３内には、撮影光学系に入射した光量を変化させる光量調節ユニット１２が配置されている。光量調節ユニット１２は、２枚以上の複数枚の絞り羽根を有する。 絞り羽根に連結する駆動レバーをガルバノメータ１２ａにより駆動することで、絞り羽根を光軸直交方向に移動させて開口径を変化させる。また、光量調節ユニット１２には、ＮＤフィルタが絞り羽根とは独立して光路に対して進退できるように構成されている。ＮＤフィルタも同様にガルバノメータ１２ｂを用いて駆動している。

第４群レンズＬ４はボイスコイルモータ１３により光軸方向に駆動されている。ボイスコイルモータ１３はマグネット１３ａ、ヨーク１３ｂ、ヨーク１３ｃ、コイル１３ｄとを有している。ボイスコイルモータ１３ではヨーク１３ｂが後部固定筒７に圧入固定され、ヨーク１３ｂにマグネット１３ａとヨーク１３ｃが磁力によって固定されている。コイル１３ｄに電流を流すことで、コイル１３ｄにローレンツ力が発生し、コイル１３ｄが光軸方向に駆動可能となる。コイル１３ｄは４群移動枠４に固定されており、コイル１３ｄの駆動により４群移動枠４が光軸方向に駆動される。

後部固定筒７に固定される光学式センサ１６は発光部と受光部とから成る。光学式センサ１６は４群移動枠４に接着固定された光学スケール１７に発光部から射出する光を照射し、反射光を受光部で読み取ることで、第４群レンズＬ４の光軸方向の絶対位置を検出している。

後部固定筒７には、ズームモータ１４がビスにより固定され、第２群レンズＬ２はズームモータ（ステッピングモータ）１４により光軸方向に駆動され変倍動作を行う。ズームモータ１４は回転するロータと同軸のリードスクリュー１４ａを有し、リードスクリュー１４ａには２群移動枠２に設けられたラック１０１９が噛合している。ロータの回転により第２群レンズＬ２が光軸方向に駆動される。また、ガイドバー８，９、ラック１０１９及びリードスクリュー１４ａは、ねじりコイルばねによりそれぞれ、ガタが寄せられている状態である。

次に、駆動装置について説明する。

図１は本実施例におけるラック１０１９とモータスクリュー１４の噛合いを示している。モータ１４が持つリードスクリュー１４ａはその送り量に応じたネジ山が形成されているおり、例えばリード０．８ｍｍ、外形２ｍｍのネジ仕様の場合には約７．３度の進み角を持つネジが形成されている。従ってネジの進み角と光軸の間に形成されるリード角度θ２は８２．７度となる。他方ラック１０１９にはスクリュー１４ａと噛合うための噛合い歯１０１９ａが設けられている。噛合い歯１０１９ａと光軸の間の角度θ１は９０度＞θ１＞θ２の関係に設定しており、本実施例ではθ２は８６．３５度としている。

これによりθ１−θ２ ＝ ８２．７度−８６．３５度 ＝ ３．６５度の角度差が生じるためラック１０１９とスクリュー１４ａのガタは発生しない。また、図２で示すようにスクリュー１４ａの歯高１４ｃに対する噛合い歯１０１９ａの歯高１０１９ｃが大きく取れるため衝撃を受けた際の噛合いズレが大幅に改善される。

図４には、本実施例における光学機器の電気的構成を示しており、以下にその説明をする。２０はＣＣＤ等の固体撮像素子、２２２は変倍レンズ群Ｌ２の駆動源である。２２３は合焦レンズ群Ｌ４の駆動源である。

２２４は絞り駆動源である。２２５はバリエータである変倍レンズ群Ｌ２の光軸方向位置を検出するためのズームエンコーダ、２２６は合焦レンズ群Ｌ４の光軸方向位置を検出するフォーカスエンコーダである。これらのエンコーダはそれぞれ変倍レンズＬ２、合焦レンズＬ４の光軸方向の絶対位置を検出するものである。また、本発明ではフォトインタラプタから成る前記ズームリセットスイッチ１２及び光学式センサ１６、光学スケール１７より構成されている。

なお、ズーム駆動源２２２及びフォーカス駆動源２２３としては、ステッピングモータやボイスコイルモータに限らず、ＤＣモータや振動型モータを用いることもでき、第２及び第４レンズ群Ｌ２、Ｌ４の位置を検出するためにエンコーダ以外の検出方式を採用してもよい。

２２６は絞りエンコーダであり、鏡筒外に配置された絞り駆動源であるメータ１２ａ内部にホール素子を配置し、ロータとステータの回転位置関係を検出する方式のものなどが知られている。

絞り駆動源１２ａにより２枚の絞り羽根１２ｃ、１２ｄが駆動され、光量調節を行う。２２８はカメラ信号処理回路であり、ＣＣＤ２０の出力に対して所定の増幅やガンマ補正などを施す。これらの所定の処理を受けた映像信号のコントラスト信号はＡＥゲート２２９、ＡＦゲート２３０を通過する。即ち、露出決定及びピント合わせのために最適な信号取り出し範囲が全画面内のうちこのゲートで設定される。このゲートの大きさは可変であったり、複数設けられる場合もあるが、ここでは簡単のためにその詳細は記述しない。

２３１はＡＦ（オートフォーカス）のためのＡＦ信号処理回路であり、映像信号の高周波成分に関する一つもしくは複数の出力を生成する。２３３はズームスイッチ、２３４はズームトラッキングメモリであり、変倍に際して被写体距離と変倍レンズ位置に応じてとるべきフォーカシングレンズ位置の情報を記憶する。尚、ズームトラッキングメモリとしてはＣＰＵ内のメモリを使用してもよい。２３２はＣＰＵである。

例えば撮影者によりズームスイッチ２３３が操作されると、ＣＰＵ２３２はズームトラッキングメモリ２３４の情報をもとに算出した変倍レンズ群Ｌ２と合焦レンズ群Ｌ４の所定の位置関係が保たれるように、駆動制御する。すなわち、ズームエンコーダ２２５の検出結果より得られる第２レンズ群Ｌ２の光軸方向絶対位置と、算出された位置が一致するように、ズーム駆動源２２２とフォーカシング駆動源２２３を駆動制御するものである。同様に、フォーカスエンコーダ２２５の検出結果より得られる合焦レンズ群Ｌ４の光軸方向絶対位置と算出された位置、が一致するように、ズーム駆動源２２２とフォーカシング駆動源２２３を駆動制御するものである。

また、オートフォーカス動作ではＡＦ信号処理回路２３１の出力がピークを示すように、ＣＰＵ２３２はフォーカシング駆動源２２３を駆動制御する。

さらに、適正露出を得る為にＣＰＵ２３２はＡＥゲート２２９を通過したＹ信号の出力の平均値の所定値及び絞りエンコーダ２２６の出力所定値となるように、絞り駆動源２２４を駆動制御して開口径をコントロールするものである。

上記実施例では、第２レンズ群Ｌ２を駆動する駆動装置がステッピングモータ、第４レンズ群Ｌ４を駆動する駆動装置がボイスコイルモータの構成を成しているが、第４レンズ群の駆動装置がステッピングモータの構成をとっていても構わない。

２ ：変倍移動レンズ枠
２ｃ ：回転基準穴
２ｄ ：回転基準穴
１２ ：絞り駆動機構
１４ ：ステッピングモータ
１４ａ：モータスクリュー
１８ ：コイルバネ
１８ａ：バネ支点
１８ｂ：バネ力点
１９ ：ラック
１９ａ：ラック噛合い歯
２０ ：撮像素子
２２２：ズーム駆動源
２２３：フォーカス駆動源
１１９：ラック
１１９ａ：ラック噛合い歯
１０１９：ラック
１０１９ａ：ラック噛合い歯

Claims (2)

1. Ａ．光軸方向に移動するレンズ保持枠と
   Ｂ．レンズ保持枠を進退自在に駆動するモータと、
   Ｃ．前記モータと、前記レンズ保持枠とを回転自在に連結するラック部材と、
   Ｄ．前記ラック部材には前記モータのスクリュウに噛み合う複数の噛み合い歯を持ち、
   Ｅ．前記複数の噛合い歯と光軸で構成される角度θ１と
   Ｆ．前記モータのスクリュウのリードと光軸がなす角度θ２との関係は
   Ｇ．９０度 ＞ θ１ ＞ θ２であることを特徴とする
   Ｈ．レンズ駆動装置。
2. Ａ．請求項１に記載のレンズ駆動装置を用いたことを特徴とする
   Ｂ．撮像装置。